Logo
Cover

Благодаря появлению высокочувствительных инструментов и возможности комбинировать данные из разных обсерваторий астрономия в последнее время заметно шагнула вперед, что видно, в том числе, по первым изображениям черных дыр. Но еще более впечатляющие открытия ученые ожидают от появления так называемой радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ). Исследователи из Австралии и Сингапура смогли усовершенствовать этот метод наблюдений с помощью новой квантовой технологии, позволяющей передавать информацию без потерь. Это повысит разрешение получаемых астрономических изображений на 3-5 порядков.

Интерферометрия позволяет создать изображение далеких объектов путем комбинации волн света, полученных различными телескопами. РСДБ — особый вид интерферометрии, в котором сигналы из радиоисточников (черных дыр, квазаров, пульсаров и т. п.) соединяются для создания детальных снимков их структуры и активности. Этот метод, в частности, позволил сделать первое изображение черной дыры М87*.

Однако интерферометрия все еще страдает от ряда физических ограничений, в том числе, от потери информации, шумов и того факта, что у света квантовая природа и запутанные фотоны. Современные системы получения изображений с большими базами работают в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра. Для оптической интерферометрии необходимо, чтобы все элементы прибора были стабильными до доли длины волны света. На больших расстояниях этого добиться трудно.

Основная идея исследования — переход от микроволновых частот к оптическим, рассказывает Universe Today. Проблема в том, что даже самая быстрая электроника не может напрямую измерять колебания электрического поля на таких частотах. Поэтому ученые обратились к технологии квантовой коммуникации, точнее, к так называемому Вынужденному рамановскому адиабатическому переходу (STIRAP). Он заключается в использовании двух когерентных световых импульсов для передачи оптической информации между двумя квантовыми состояниями.

В применении к РСДБ этот метод позволит совершать эффективный и выборочный перенос квантовых состояний без потерь. Возможность улавливать свет от астрономических источников станет прорывом для интерферометрии. Более того, она окажет значительное влияние на другие области астрономии.

«При переходе к оптическим частотам такая квантовая сеть создания изображений сможет повысить разрешение на три-пять порядков, — сказала Хуан Цзысинь, ведущий исследователь. — Она будет достаточно мощной, чтобы можно было изучать малые планеты вокруг соседних звезд, подробности солнечных систем, кинематику звездных поверхностей, аккреционные диски и возможные детали вокруг горизонтов событий черных дыр — то, что сейчас невозможно».

В начале года международная команда физиков предприняла первую попытку понять, что такое черные дыры, что внутри них, откуда они берутся и что происходит на горизонте событий с помощью двух новейших технологий — квантовых вычислений и машинного обучения. Ученые считают, что ответы на эти вопросы могут быть получены при проверке голографического принципа, выдвинутого физиками в конце прошлого века.