Квантовая запутанность позволит объединять телескопы для получения сверхчетких изображений космоса
Группа исследователей из Аризонского университета, Университета Мэриленда и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА предложила революционный метод объединения данных от удаленных телескопов, использующий квантовую запутанность для получения изображений космических объектов с беспрецедентным разрешением. Результаты их работы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, открывают путь к созданию телескопов будущего, способных различать детали, которые ранее считались неразрешимыми из-за фундаментальных физических ограничений.
Традиционная астрономия использует метод длиннобазовой интерферометрии, при котором свет от нескольких телескопов сводится вместе через сложные оптические системы для имитации работы одного гигантского телескопа. Однако физическая передача световых сигналов на большие расстояния сопряжена с потерями и техническими трудностями. Новая методика предлагает кардинально иной подход: вместо транспортировки самого света ученые предлагают использовать предварительно распределенное между телескопами запутанное состояние квантовых ячеек памяти.
Доктор Сайкат Гуха, руководитель Центра квантовых сетей и старший автор статьи, пояснил, что их команда уже давно исследует фундаментальные квантовые пределы разрешения оптических систем. В своих предыдущих работах они показали, что использование приборов для сортировки пространственных мод света позволяет превысить так называемый дифракционный предел, который долгое время считался непреодолимым. Главная проблема заключалась в том, что для достижения максимальной производительности свет от разных телескопов все равно необходимо было сводить вместе.
Разработанный метод решает эту проблему с помощью квантовой телепортации. Запутанность между узлами позволяет провести объединение информации на квантовом уровне без физического сведения световых лучей. Вместо этого каждый телескоп локально обрабатывает принятый свет с помощью пространственного сортера мод, а затем полученная информация сопоставляется благодаря наличию общей запутанности. Это позволяет провести любые произвольные измерения над совокупным светом, собранным сетью телескопов, независимо от расстояния между ними.
Проведенные командой расчеты для сценария наблюдения двух точечных источников (например, двойных звезд) подтвердили эффективность метода. Результаты показывают, что квантово-усиленная интерферометрия способна обеспечить точность, недостижимую для современных интерферометров, работающих на классических каналах связи. Такой подход открывает новые горизонты не только для астрофизики, позволяя изучать скопления звезд и экзопланеты, но и для задач осведомленности о космической обстановки, например, для обнаружения изменений у известных объектов на орбите. Принципиальная возможность реализации этой схемы ранее была продемонстрирована экспериментально группой Гарвардского университета с использованием запутанности между кремниевыми вакансиями в алмазе, которые выступали в роли квантовой памяти.