Si interconecta telescopios en redes enormes, encontrará problemas con la nitidez de la imagen que la física clásica no puede resolver. Pero al aprovechar las propiedades cuánticas de la luz de las estrellas, los astrónomos pueden sortear estas limitaciones.
Gracias a las computadoras cuánticas que pueden detectar y corregir sus propios errores, es posible que podamos construir telescopios del tamaño de un planeta. Esto permite a los astrónomos superar las limitaciones de los telescopios actuales y visualizar claramente objetos distantes en el espacio.
Los astrónomos que intentan capturar imágenes de estrellas y planetas distantes deben hacerlo con la poca luz que llega a sus telescopios. Pueden aumentar la resolución interconectando telescopios en lo que entonces se llama un “interferómetro astronómico”. Sin embargo, para obtener imágenes nítidas de los objetos más distantes que conocemos, esas redes tendrían que abarcar miles de kilómetros. A esta escala, las técnicas de nitidez de imagen basadas en la física clásica ya no funcionan.
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La danza de los gigantes
físico cuántico zixin huang de la Universidad de Macquarie en Australia y sus colegas ahora han descubierto que los interferómetros grandes que usan métodos cuánticos ser capaz de procesar la luz, ingresando efectivamente un fotón a la vez† Esta técnica también puede hacer más nítidas las imágenes borrosas. El enfoque se basa en una técnica que se desarrolló originalmente para la comunicación entre computadoras cuánticas.
Disco duro cuántico
Los astrónomos a menudo pueden ignorar la ‘naturaleza cuántica’ de la luz, pero cuando llega tan poca luz al telescopio, las partículas ya no se comportan de la manera clásica, dice un físico cuántico. daniel gottesman de la Universidad de Maryland en los Estados Unidos, quien no participó en el proyecto de investigación. “Eso significa que esta luz es realmente cuántica, simplemente no puedes ignorar eso”, dice.
Cuando las partículas de luz de las estrellas ingresan a los telescopios, podría registrarlas en una especie de versión cuántica de un disco duro, compuesto por átomos especialmente preparados. La energía específica y el tiempo de llegada de los fotones hacen que diferentes átomos terminen en diferentes estados.
La luz de una sola estrella que llega al interferómetro está entrelazada mecánicamente cuánticamente. Esto permite que los telescopios separados actúen como un gran telescopio sin perder datos a través de la transferencia de datos que normalmente se requiere para crear una imagen.
Resolución gigantesca
Para luego procesar esa información, los científicos podrían usar computadoras cuánticas de corrección de errores, que están programadas para detectar y corregir errores durante los cálculos. Si no usa este tipo de computadora, el proceso es vulnerable a fallas y errores que afectan la imagen final.
El equipo de Huang es el primero en proponer el uso de computadoras cuánticas con corrección de errores en astronomía. Su análisis muestra que es posible producir imágenes nítidas incluso cuando más del 10 por ciento de los datos de la luz de las estrellas se ven afectados por la interferencia.
Gracias a la mecánica cuántica, un telescopio gigante podría tener una resolución miles de veces mayor que cualquier interferómetro existente o planificado.
Obstáculos
†Este es un ejemplo de una aplicación de la tecnología cuántica para la que simplemente no existe una contraparte clásica”, dice el físico cuántico. Emil Jabibouline de la Universidad de Harvard en los EE.UU. “Te permite sortear las limitaciones clásicas”.
Muchas de las piezas necesarias para construir un telescopio con el nuevo sistema ya se han probado por separado. Solo hay algunos obstáculos. Por ejemplo, debe asegurarse de que no sea demasiado costoso para los telescopios interconectados distantes intercambiar información cuántica. “Hay muchos más desafíos que abordar antes de que tengamos un dispositivo del tamaño de un planeta, pero este es un buen primer paso”, dice Huang.
Se puede usar un enfoque similar para mirar más allá en el espacio y descubrir detalles previamente inaccesibles. Huang ya está estudiando cómo mejorar nuestra comprensión de las señales que emanan del agua o el hidrógeno en los planetas fuera del sistema solar, indicadores potenciales de vida.