211service.com
Hoe een teleportatie-ondersteunde telescoop te bouwen?
Grote telescopen zijn een rage; beter omdat ze meer licht opvangen en beelden met een hogere resolutie produceren. De grootste optische telescoop is momenteel de Gran Telescopio Canarias op de Canarische eilanden, die een primaire spiegel heeft met een diameter van 10,4 meter.
Dit zal binnenkort worden overschaduwd door de Extreem Grote Telescoop die momenteel in aanbouw is in Chili, die, wanneer hij in 2024 wordt ingeschakeld, een primaire spiegel zal hebben met een diameter van bijna 40 meter. Het zal ook ongeveer $ 1 miljard hebben gekost om te bouwen.
Maar er is een goedkopere manier om telescopen groter te maken: bouw een reeks kleinere en combineer het licht ervan met behulp van een interferometer. De krachtigste hiervan is CHARA, gelegen op Mount Wilson in Californië. CHARA bestaat uit zes telescopen van één meter die zo van elkaar zijn gescheiden dat ze een resolutie hebben die gelijk is aan die van een spiegel van 330 meter.
Dit levert beelden met een veel hogere resolutie op dan welke conventionele telescoop dan ook. In 2013 nam CHARA de eerste opnamen van sterrenvlekken op het oppervlak van een andere zon, Zeta Andromedae, zo'n 180 lichtjaar van hier.
Maar er is een probleem met gigantische optische arrays. Het licht dat bij elke telescoop wordt opgevangen, moet worden toegevoerd aan een centrale interferometer die de fotonen combineert om een beeld te creëren. Fotonen gaan echter onvermijdelijk verloren in het transmissieproces, en dit beperkt de beeldprestaties ernstig.
Als gevolg hiervan kunnen CHARA en andere soortgelijke arrays alleen heldere sterren afbeelden. En de vooruitzichten voor het bouwen van grotere arrays zien er somber uit.
Voer Emil Khabiboulline en collega's van de Harvard University in Cambridge, Massachusetts in, die vandaag laten zien hoe de vreemde wetten van de kwantummechanica dit probleem kunnen helpen oplossen. Ze zeggen dat door kwantum ondersteunde telescopen de maximale grootte van deze arrays en de resolutie van de beelden die ze kunnen produceren aanzienlijk kunnen vergroten.
Eerst wat achtergrond. Natuurkundigen weten al lang dat kwantumdeeltjes die op hetzelfde punt in het universum zijn gemaakt, hetzelfde bestaan delen. Dit creëert een verbinding tussen hen die overleeft, zelfs als ze door enorme afstanden van elkaar gescheiden zijn. Deze verbinding wordt verstrengeling genoemd en natuurkundigen hebben er al gebruik van gemaakt om kwantuminformatie door de ruimte te sturen en om kwantumdeeltjes van de ene locatie naar de andere te teleporteren.
Teleportatie begint met een paar verstrengelde deeltjes, noem ze A en B. Wanneer een van dit paar, A, een interactie aangaat met een derde deeltje, wordt de kwantuminformatie van dit derde deeltje via de verstrengelde verbinding naar deeltje B verzonden, dat zijn identiteit.
Het is alsof het derde deeltje van de ene locatie naar de andere is gereisd zonder door de ruimte ertussen te gaan. Daarom noemen natuurkundigen het teleportatie.
Het is dit proces van teleportatie waar door kwantum ondersteunde telescopen gebruik van zullen maken. Het idee, voor het eerst voorgesteld in 2011, is om een constante stroom van verstrengelde paren te creëren. Een van de twee bevindt zich bij de telescoop, terwijl de andere naar de centrale interferometer reist.
Wanneer een foton van een verre ster arriveert, interageert het met een van dit paar en wordt het onmiddellijk naar de interferometer geteleporteerd, waar het een afbeelding kan maken. Op deze manier kan een afbeelding worden gemaakt zonder de verliezen die normaal gesproken de prestaties beperken.
Toen dit idee voor het eerst werd voorgesteld in 2011, realiseerden natuurkundigen zich onmiddellijk dat er een enorm aantal verstrengelde paren voor nodig waren, één voor elk binnenkomend foton. Dat is in de regio van 1011 per seconde bij CHARA en ordes van grootte meer dan mogelijk is met de huidige technologie.
Hierdoor is het idee om teleportatie-geassisteerde telescopen te gebruiken, weggeëbd. Tot nu.
De doorbraak die Khabiboulline en collega's hebben gemaakt, is om uit te zoeken hoe de kwantuminformatie van sterrenlicht kan worden gecomprimeerd en opgeslagen en hoe dit de benodigde hoeveelheid verstrengeling drastisch vermindert. De noodzakelijke mate van verstrengelingsdistributie wordt met verschillende ordes van grootte verminderd, wat realistische vooruitzichten biedt voor het gebruik van kwantumnetwerken op korte termijn voor beeldvorming met hoge resolutie, zeggen ze.
De technologie die dit mogelijk maakt, is kwantumgeheugen. Dit zijn apparaten die een kwantumtoestand kunnen opslaan en vervolgens kunnen verzenden. [Dit levert] een exponentiële vermindering van het verbruik van verstrengelde bronnen op, in vergelijking met geheugenloze schema's, zeggen ze.
Natuurkundigen hebben onlangs aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van kwantumgeheugens, gedreven door het idee dat deze apparaten technologieën zoals een kwantuminternet mogelijk zullen maken. Quantumtelescopen zijn aanzienlijk veeleisender vanwege de vereiste snelheid van verstrengelde deeltjes. Maar Khabiboulline en collega's zeggen dat dit er nu praktischer uitziet.
Het is interessant werk dat een geheel nieuwe benadering van astronomische beeldvorming opent. De suggestie is dat het een array mogelijk maakt met een basislijn in de buurt van 30 kilometer. Dat zal de resolutie van de afbeeldingen aanzienlijk verhogen.
Maar in principe zou het mogelijk moeten zijn om arrays te bouwen die nog aanzienlijk groter zijn, misschien zelfs de diameter van de aarde. Dat is een opwindend vooruitzicht voor de astronomen van de toekomst.
Referentie: arxiv.org/abs/1809.03396 : Quantum-Assisted Telescope Arrays