Телескопи су далеки пут током посљедњих неколико векова. Од релативно скромних уређаја које су изградили астрономи попут Галилеа Галилеија и Јоханнеса Кеплера, телескопи су се развили да постану масивни инструменти којима је потребно читаво постројење за смештај и комплетна посада и мрежа рачунара како би их покренули. У наредним годинама биће направљене много веће опсерваторије које могу учинити и више.
Нажалост, овај тренд према већим и већим инструментима има много недостатака. За почетак, све веће опсерваторије захтевају или све већа огледала или много телескопа који раде заједно - оба су скупа изгледа. Срећом, тим са МИТ-а је предложио комбиновање интерферометрије са квантном телепортацијом, што би могло значајно повећати разлучивост низова без ослањања на већа огледала.
Једноставније речено, интерферометрија је процес у коме се светлост добија помоћу мањих телескопа и затим комбинује да се реконструишу слике онога што су опазили. Овај поступак користе такви објекти као што је Интерферометар за веома велике телескопе (ВЛТИ) у Чилеу и Центар за астрономију високог угла резолуције (ЦХАРА) у Калифорнији.
Први се ослања на четири главна огледала од 8,2 метра и четири помична 1,8 м (5,9 фт) помоћна телескопа - што му даје резолуцију еквивалентну огледалу од 140 м (460 фт) - док се други ослања на шест метар телескоп, који му даје резолуцију еквивалентну огледалу од 330 м (1083 фт). Укратко, интерферометрија омогућава да телескопски низови производе слике веће резолуције него што би то иначе било могуће.
Један од недостатака је то што се фотони неизбежно губе током процеса преноса. Као резултат, низови попут ВЛТИ и ЦХАРА могу се користити само за гледање светлих звезда, а изградња већих низова да се то надокнади још једном покреће питање трошкова. Као што је Јоханнес Боррегаард - постдокторски сарадник Центра за математику квантне теорије Универзитета у Копенхагену (КМАТХ) и коаутор на раду - рекао је за Спаце Магазине путем е-маила:
„Један изазов астрономског снимања је да добијемо добру резолуцију. Резолуција је мерило колико су мале могућности које можете да прикажете, а на крају се поставља односом таласне дужине светлости коју сакупљате и величине вашег апарата (Раилеигх-ова граница). Телескопски низови функционишу као један џиновски апарат и што већи радите низ бољу резолуцију. “
Али, наравно, то долази по веома високој цени. На пример, изузетно велики телескоп, који се тренутно гради у пустињи Атацама у Чилеу, биће највећи оптички и близу инфрацрвени телескоп на свету. Када је први пут предложен 2012. године, ЕСО је наговестио да ће пројекат коштати око милијарду евра (1,12 милијарди долара) на основу цена из 2012. године. Прилагођено инфлацији, то ће у 2018. години достићи 1,23 милијарде долара и отприлике 1,47 милијарди долара (под условом да стопа инфлације од 3%) до 2024. године, када планира да се заврши градња.
„Штавише, астрономски извори често нису баш сјајни у оптичком режиму“, додао је Боррегаард. „Иако постоје бројне класичне технике стабилизације за решавање прве, друга представља основни проблем за нормално функционисање телескопских низова. Стандардна техника локалног снимања светлости на сваком телескопу резултира превише буком да би радила на слабим изворима светлости. Као резултат тога, сви тренутни низови оптичких телескопа раде комбинујући свјетлост из различитих телескопа директно на једној мјерној станици. Цена коју треба платити је пригушење светлости при преносу на мерну станицу. Овај губитак је озбиљно ограничење за конструкцију веома великих телескопских низова у оптичком режиму (тренутни оптички низи имају величине око ~ 300 м) и коначно ће ограничити резолуцију након што буду успостављене ефикасне технике стабилизације. "
С тим у вези, Харвард тим - на челу са Емилом Кхабибоуллине-ом, студентом постдипломског студија на Харвард-овом Одељењу за физику - предлаже се ослонити на квантну телепортацију. У квантној физици, телепортација описује процес у којем се својства честица преносе с једне локације на другу помоћу квантног уплетања. Ово би, како објашњава Боррегард, омогућило да се слике креирају без губитака који се јављају код нормалних интерферометра:
„Једно кључно запажање је да заплетеност, својство квантне механике, омогућава нам слање квантног стања са једне локације на другу, а да га физички не преносимо, у процесу званом квантна телепортација. Овде се светлост из телескопа може „телепортовати“ до мерне станице и тако заобићи све губитке у преносу. Ова техника би у принципу омогућила произвољне низове који претпостављају друге изазове, попут стабилизације. "
Када се користи за употребу квантно потпомогнутих телескопа, идеја би била да се створи константан ток заплетених парова. Док би једна од упарених честица стајала на телескопу, друга би путовала ка централном интерферометру. Када фотон стигне из далеке звезде, он ће комуницирати с једним од ових парова и одмах бити телепортиран на интерферометар да би створио слику.
Овом методом могу се створити слике уз губитке који настају код нормалних интерферометра. Идеју су први пут предложили 2011. године Готтесман, Јенневеин и Цроке са Универзитета у Ватерлоу. Тада су они и други истраживачи разумели да би овај концепт требало да створи заплетени пар за сваки долазећи фотон, што је у редоследу трилијуна парова у секунди.
То једноставно није било могуће употребом тадашње технологије; али захваљујући недавним достигнућима у квантном рачунању и складиштењу, то је сад могуће. Као што је Боррегаард назначио:
„[В]Нацртајте како се светлост може компресовати у мала квантна сећања која чувају квантне информације. Таква квантна сећања могу се састојати од атома који у интеракцији са светлошћу. Технике преношења квантног стања светлосног импулса у атом већ су демонстриране већ неколико пута у експериментима. Као резултат компресије у меморију, користимо знатно мање заплетених парова у поређењу са схемама које памте, попут оне Готтесман ет ал. На пример, за звезду магнитуде 10 и опсег мерења од 10 ГХз, наша шема захтева ~ 200 кХз брзине заплетања користећи 20-кбитну меморију уместо 10 ГХз пре. Такве спецификације су изводљиве са тренутном технологијом и слабије звезде би довеле до још већих уштеда са само мало већим памћењем. “
Ова метода би могла довести до неких потпуно нових могућности када је у питању астрономско снимање. За једну, то ће драматично повећати резолуцију слика и можда ће омогућити да низови постигну резолуције које су еквивалентне разлици огледала на 30 км. Уз то, астрономи би могли да открију и проуче егзопланете користећи технику директног снимања са резолуцијама до нивоа микро арсекунде.
"Тренутни рекорд износи око мил-арцсекунди", рекао је Боррегаард. „Такво повећање резолуције омогућиће астрономима приступ бројним новим астрономским границама у распону од утврђивања карактеристика планетарних система до проучавања цефеида и интерактивних бинарних записа ... Од интереса за планете астрономских телескопа, наша шема би била добро прилагођена за примену у свемиру, где је стабилизација мање проблематична. Свемирски оптички телескоп у скали од 10 до 4 километра заиста би био веома моћан. “
У наредним деценијама биће постављено или распоређено много свемирских и земаљских опсерваторија. Очекује се да ће ови инструменти понудити знатно повећану резолуцију и способност. Уз додатак квантно потпомогнуте технологије, ове опсерваторије би чак могле да разреше мистерије тамне материје и тамне енергије и да проучавају екстра-соларне планете са задивљујућим детаљима.
Студија тима, „Куантум Ассистед Телесцопе Арраис“, недавно се појавила на мрежи. Поред Кхабибоуллинеа и Боррегаарда, студију су написали Кристиаан Де Греве (постдокторски сарадник са Харварда) и Микхаил Лукин - професор физике са Харварда и шеф Лукин групе у лабораторији квантне оптике Харварда.
