Чтобы разглядеть далекие галактики, двойные звезды или экзопланеты, астрономам нужны телескопы с огромным разрешением. Чем больше зеркало, тем больше деталей оно видит. Но построить один бесконечно большой телескоп невозможно — упираешься либо в физику, либо в бюджет. Поэтому ученые давно используют интерферометрию: несколько телескопов, разнесенных на километры, работают как один гигантский прибор. Их свет сводится вместе, и система дает разрешение, эквивалентное размеру базы между ними.
Однако у этого метода есть фундаментальная проблема. Чтобы объединить свет, его нужно физически доставить в одну точку — по воздуху, по оптоволокну или через систему зеркал. На этом пути неизбежны потери, шумы и искажения. Полезная информация стирается еще до того, как достигнет детектора. Группа исследователей под руководством Сайката Гухи из Аризонского университета предложила радикально иной подход. А что, если вообще не нужно сводить свет? Что, если телескопы смогут «обмениваться» информацией через квантовую запутанность, не отправляя друг другу сами фотоны?
В основе идеи лежит переход от волновой оптики к квантовой теории информации. Вместо того чтобы спрашивать «какую картинку мы видим?», ученые задаются вопросом «какое максимальное количество информации мы можем извлечь из света согласно законам квантовой механики?». Современные методы, такие как пространственная сортировка мод, уже позволяют выжать больше данных из слабого сигнала, разбивая его на различные структурные паттерны.
Но и здесь остается проблема: после сортировки разные моды все равно нужно было сводить вместе. Новое предложение решает ее с помощью квантовой запутанности. Если каждый телескоп оснастить квантовым запоминающим устройством (например, атомной системой, хранящей кубиты), то можно проводить совместные измерения на расстоянии, не перемещая свет. Квантовые корреляции заменяют физические разделители лучей. Математически такая система способна выполнять те же операции, что и классическая интерферометрия, но без потерь и с потенциально более высокой эффективностью.
Авторы провели расчеты для реалистичных сценариев, например, для разрешения двух близко расположенных звезд. Результаты показывают, что квантовая сеть телескопов может превзойти как одиночные инструменты, так и классические интерферометры. Важно, что ключевые элементы подхода уже продемонстрированы в лабораториях: гарвардские исследователи создали удаленную запутанность между атомными системами в алмазе.
Читать TechDigest в Google
