Kā izveidot teleskopu ar teleportāciju

Lieli teleskopi ir populāri; labāk, jo tie savāc vairāk gaismas un rada augstākas izšķirtspējas attēlus. Patlaban lielākais optiskais teleskops ir Kanāriju salās esošais Gran Telescopio Canarias, kura primārais spogulis ir 10,4 metru diametrā.

To drīzumā novājēs īpaši lielais teleskops, kas pašlaik tiek būvēts Čīlē, un, kad tas ieslēgsies 2024. gadā, primārais spogulis būs gandrīz 40 metru diametrā. Tā celtniecība arī izmaksās aptuveni 1 miljardu dolāru.

Bet ir lētāks veids, kā padarīt teleskopus lielākus — izveidojiet mazāku teleskopu kopu un apvienojiet no tiem izstarojošo gaismu, izmantojot interferometru. Visspēcīgākais no tiem ir CHARA, kas atrodas Vilsona kalnā Kalifornijā. CHARA sastāv no sešiem viena metra teleskopiem, kas ir atdalīti tādā veidā, kas tiem nodrošina izšķirtspēju, kas līdzvērtīga 330 metru spogulim.

Tas rada daudz augstākas izšķirtspējas attēlus nekā jebkurš parasts teleskops. 2013. gadā CHARA uzņēma pirmos zvaigžņu plankumu attēlus uz citas saules Zeta Andromedae virsmas, kas atrodas aptuveni 180 gaismas gadu attālumā no šejienes.

Bet ir problēma ar milzīgiem optiskajiem blokiem. Gaisma, kas savākta katrā teleskopā, jāievada centrālajā interferometrā, kas apvieno fotonus, lai izveidotu attēlu. Tomēr pārraides procesā fotoni neizbēgami tiek zaudēti, un tas ievērojami ierobežo attēlveidošanas veiktspēju.

Rezultātā CHARA un citi līdzīgi masīvi var attēlot tikai spilgtas zvaigznes. Un izredzes veidot lielākus masīvus izskatās drūmas.

Ievadiet Emil Khabiboulline un kolēģi no Hārvardas universitātes Kembridžā, Masačūsetsā, kuri šodien parāda, kā dīvainie kvantu mehānikas likumi var palīdzēt atrisināt šo problēmu. Viņi saka, ka ar kvantu palīdzību esošie teleskopi varētu ievērojami palielināt šo masīvu maksimālo izmēru un to attēlu izšķirtspēju, ko tie var radīt.

Pirmkārt, nedaudz fona. Fiziķi jau sen ir zinājuši, ka kvantu daļiņām, kas radītas vienā un tajā pašā Visuma punktā, ir tāda pati eksistence. Tas starp viņiem rada saikni, kas saglabājas pat tad, ja tos šķir milzīgi attālumi. Šo savienojumu sauc par sapīšanos, un fiziķi to jau ir izmantojuši, lai nosūtītu kvantu informāciju kosmosā un teleportētu kvantu daļiņas no vienas vietas uz otru.

Teleportācija sākas ar sapinušo daļiņu pāri, sauciet tos par A un B. Kad viens no šī pāra, A, mijiedarbojas ar trešo daļiņu, kvantu informācija no šīs trešās daļiņas tiek pārsūtīta pa sapīto saiti uz daļiņu B, kas pārņem savu. identitāte.

Tas ir tā, it kā trešā daļiņa būtu ceļojusi no vienas vietas uz otru, neizejot cauri telpai starp tām. Tāpēc fiziķi to sauc par teleportāciju.

Tieši šo teleportācijas procesu izmantos teleskopi ar kvantu palīdzību. Ideja, kas pirmo reizi tika ierosināta 2011. gadā, ir radīt pastāvīgu sapinušies pāru plūsmu. Viens no pāriem atrodas pie teleskopa, bet otrs dodas uz centrālo interferometru.

Kad fotons ierodas no tālas zvaigznes, tas mijiedarbojas ar vienu no šī pāra un nekavējoties tiek teleportēts uz interferometru, kur var izveidot attēlu. Tādā veidā attēlu var izveidot bez zaudējumiem, kas parasti ierobežo veiktspēju.

Kad šī ideja pirmo reizi tika ierosināta 2011. gadā, fiziķi uzreiz saprata, ka tam būs vajadzīgs milzīgs skaits sapinušies pāri, viens katram ienākošajam fotonam. Tas ir aptuveni 1011 sekundē pie CHARA un par vairākām kārtām vairāk, nekā tas ir iespējams ar pašreizējo tehnoloģiju.

Šī iemesla dēļ ideja izmantot teleskopus ar teleportācijas palīdzību ir pazudusi. Līdz šim brīdim.

Khabiboulline un viņa kolēģi ir panākuši izrāvienu, lai noskaidrotu, kā kvantu informāciju no zvaigžņu gaismas var saspiest un saglabāt un kā tas ievērojami samazina nepieciešamo sapīšanās apjomu. Viņi saka, ka nepieciešamais sapīšanās sadalījuma ātrums tiek samazināts par vairākām kārtām, kas paver reālas izredzes īstermiņa kvantu tīklu izmantošanai augstas izšķirtspējas attēlveidošanai.

Tehnoloģija, kas to padara iespējamu, ir kvantu atmiņa. Tās ir ierīces, kas var saglabāt kvantu stāvokli un pēc tam to pārraidīt. Viņi saka, ka [Tas dod] eksponenciālu sapīto resursu patēriņa samazinājumu, salīdzinot ar shēmām bez atmiņas.

Fiziķi nesen ir guvuši ievērojamus panākumus kvantu atmiņu attīstībā, ko virza doma, ka šīs ierīces ļaus izmantot tādas tehnoloģijas kā kvantu internets. Kvantu teleskopi ir ievērojami prasīgāki, jo ir nepieciešams sapinušo daļiņu skaits. Bet Khabiboulline un kolēģi saka, ka tagad tas izskatās praktiskāk.

Tas ir interesants darbs, kas paver pilnīgi jaunu pieeju astronomiskajai attēlveidošanai. Ierosinājums ir tāds, ka tas padarīs iespējamu masīvu ar bāzes līniju aptuveni 30 kilometru attālumā. Tas ievērojami palielinās attēlu izšķirtspēju.

Bet principā vajadzētu būt iespējai izveidot masīvus, kas ir ievērojami lielāki, iespējams, pat par Zemes diametru. Tā ir aizraujoša perspektīva nākotnes astronomiem.

Atsauce: arxiv.org/abs/1809.03396 : kvantu teleskopu bloki

paslēpties