Kaip sukurti teleskopą su teleportacija

Dideli teleskopai yra madingi; geriau, nes jie surenka daugiau šviesos ir sukuria didesnės raiškos vaizdus. Didžiausias optinis teleskopas šiuo metu yra Kanarų salose esantis Gran Telescopio Canarias, kurio pagrindinis veidrodis yra 10,4 metro skersmens.

Netrukus tai nuslopins Čilėje šiuo metu statomas itin didelis teleskopas, kuris, įsijungęs 2024 m., turės beveik 40 metrų skersmens pagrindinį veidrodį. Jo statyba taip pat kainuos apie 1 mlrd.

Tačiau yra pigesnis būdas padaryti teleskopus didesnius – sukurti mažesnių masyvą ir sujungti jų šviesą naudojant interferometrą. Galingiausia iš jų yra CHARA, esanti ant Vilsono kalno Kalifornijoje. CHARA susideda iš šešių vieno metro teleskopų, atskirtų taip, kad jų skiriamoji geba atitiktų 330 metrų veidrodžio skiriamąją gebą.

Taip gaunami daug didesnės raiškos vaizdai nei naudojant bet kurį įprastą teleskopą. 2013 m. CHARA padarė pirmuosius žvaigždės dėmių vaizdus kitos saulės Zeta Andromedae, esančios maždaug 180 šviesmečių atstumu nuo čia, paviršiuje.

Tačiau yra problema su milžiniškomis optinėmis matricomis. Kiekviename teleskope surinkta šviesa turi būti tiekiama į centrinį interferometrą, kuris sujungia fotonus, kad sukurtų vaizdą. Tačiau perdavimo procese fotonai neišvengiamai prarandami, o tai labai apriboja vaizdo gavimo efektyvumą.

Dėl to CHARA ir kiti panašūs matricos gali atvaizduoti tik ryškias žvaigždes. Ir perspektyvos kurti didesnius masyvus atrodo niūrios.

Įstojo Emilis Khabiboulline'as ir kolegos iš Harvardo universiteto Kembridže, Masačusetso valstijoje, kurie šiandien parodo, kaip keisti kvantinės mechanikos dėsniai gali padėti išspręsti šią problemą. Jie teigia, kad kvantiniai teleskopai gali žymiai padidinti maksimalų šių matricų dydį ir vaizdų, kuriuos jie gali sukurti, skiriamąją gebą.

Pirma, šiek tiek fono. Fizikai jau seniai žinojo, kad kvantinės dalelės, sukurtos tame pačiame visatos taške, turi tą patį egzistavimą. Taip tarp jų atsiranda ryšys, kuris išlieka net tada, kai juos skiria didžiuliai atstumai. Šis ryšys vadinamas susipynimu, o fizikai jau pasinaudojo juo kvantinės informacijos siuntimui erdvėje ir kvantinėms dalelėms teleportuoti iš vienos vietos į kitą.

Teleportacija prasideda nuo įsipainiojusių dalelių poros, vadinkite jas A ir B. Kai viena iš šios poros, A, sąveikauja su trečiąja dalele, kvantinė informacija iš šios trečiosios dalelės yra perduodama susipynusiu ryšiu į dalelę B, kuri perima savo tapatybę.

Atrodo, tarsi trečioji dalelė nukeliautų iš vienos vietos į kitą, nepraeidama tarpinės erdvės. Štai kodėl fizikai tai vadina teleportacija.

Būtent šį teleportacijos procesą išnaudos kvantiniai teleskopai. Idėja, pirmą kartą pasiūlyta 2011 m., yra sukurti nuolatinį susipynusių porų srautą. Viena iš porų gyvena prie teleskopo, o kita keliauja į centrinį interferometrą.

Kai fotonas atkeliauja iš tolimos žvaigždės, jis sąveikauja su viena iš šios poros ir iš karto teleportuojamas į interferometrą, kur gali sukurti vaizdą. Tokiu būdu vaizdas gali būti sukurtas be nuostolių, kurie paprastai riboja našumą.

Kai ši idėja pirmą kartą buvo pasiūlyta 2011 m., fizikai iškart suprato, kad tam reikės daugybės susipynusių porų – po vieną kiekvienam įeinančiam fotonui. Tai yra apie 1011 per sekundę CHARA ir daug daugiau nei įmanoma naudojant dabartines technologijas.

Dėl šios priežasties idėja naudoti teleskopus su teleportacija žlugo. Iki dabar.

Khabiboulline ir jo kolegų proveržis yra išsiaiškinti, kaip kvantinė žvaigždžių šviesos informacija gali būti suspausta ir saugoma ir kaip tai žymiai sumažina reikalingą įsipainiojimą. Reikalingas įsipainiojimo pasiskirstymo greitis sumažinamas keliais dydžiais, o tai atveria realias perspektyvas trumpalaikiams kvantiniams tinklams panaudoti didelės raiškos vaizdavimui, sako jie.

Technologija, leidžianti tai padaryti, yra kvantinė atmintis. Tai įrenginiai, galintys išsaugoti kvantinę būseną ir vėliau ją perduoti. Jie teigia, kad [tai duoda] eksponentiškai sumažintą įsipainiojusių išteklių suvartojimą, palyginti su schemomis be atminties.

Fizikai pastaruoju metu padarė didelę pažangą kurdami kvantines atmintis, skatindami mintį, kad šie įrenginiai įgalins tokias technologijas kaip kvantinis internetas. Kvantiniai teleskopai yra daug reiklesni dėl reikalingo įsipainiojusių dalelių greičio. Tačiau Khabiboulline ir jo kolegos sako, kad dabar tai atrodo praktiškiau.

Tai įdomus darbas, atveriantis visiškai naują požiūrį į astronominį vaizdavimą. Siūloma, kad būtų galima sukurti masyvą, kurio bazinė linija būtų maždaug 30 kilometrų. Tai žymiai padidins vaizdų skiriamąją gebą.

Tačiau iš esmės turėtų būti įmanoma sukurti matricas, kurios būtų žymiai didesnės, galbūt net Žemės skersmens. Tai jaudinanti perspektyva ateities astronomams.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1809.03396 : Kvantinių teleskopų matricos

paslėpti