Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.
Вступаем ли мы в эру квантовых телескопов?
Для астрономов одной из самых больших проблем является получение изображений объектов и явлений, которые трудно увидеть с помощью оптических телескопов (или в видимом свете). Эта проблема была в значительной степени решена с помощью интерферометрии, метода, при котором несколько телескопов собирают свет, который затем объединяется для создания более полной картины. Примерами могут служить телескоп Event Horizon, который использует обсерватории со всего мира для получения первых изображений сверхмассивной черной дыры (SMBH) в центре галактики M87 и Стрельца A* в центре Млечного Пути.
При этом классическая интерферометрия требует поддержания оптической связи между обсерваториями, что накладывает ограничения и может привести к резкому увеличению затрат. В недавнем исследовании команда астрофизиков и физиков-теоретиков предложила, как эти ограничения можно преодолеть, полагаясь на квантовую механику. Вместо того чтобы полагаться на оптические каналы связи, они предлагают способ, при котором принцип квантовых запутанностей можно было бы использовать для обмена фотонами между обсерваториями. Этот метод является частью растущей области исследований, которая когда-нибудь может привести к созданию «квантовых телескопов».
Исследование было проведено исследователями из Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) и Университета Стоуни Брук в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк. Дополнительную поддержку оказал Стивен Винцкевич, физик-теоретик и независимый исследователь, в настоящее время базирующийся в Объединенных Арабских Эмиратах. Статья, описывающая их выводы, недавно появилась в Интернете и проходит рецензирование для публикации в научном журнале Optica.
В классической интерферометрии Майкельсона пучок света разделяется таким образом, что один луч попадает на неподвижное зеркало, а другой — на подвижное зеркало. Интерференционная картина создается, когда отраженные лучи снова объединяются. Для целей астрономии два луча собираются двумя телескопами, которые разделены некоторым расстоянием (называемым базовой интерферометрией). Но, несмотря на свою эффективность, классическая интерферометрия подвержена некоторым ограничениям.
Андрей Номероцкий, астрофизик из BNL и соавтор статьи, объяснил Universe Today по электронной почте: «Интерферометрия — это способ увеличить эффективную апертуру телескопов и улучшить угловое разрешение или астрометрическую точность. Главная трудность здесь заключается в поддержании стабильности этого оптического тракта с очень высокой точностью, которая должна быть намного меньше длины волны фотона, чтобы сохранить фазу фотона. Это ограничивает практические исходные линии несколькими сотнями метров».
В последние годы ученые исследовали возможность использования квантовых принципов для создания астрономии следующего поколения. Основная идея заключается в том, что фотоны могут передаваться между обсерваториями без физических соединений, которые являются дорогостоящими в строительстве и обслуживании. Ключ в том, чтобы воспользоваться преимуществами квантовой запутанности — явления, при котором частицы взаимодействуют и находятся в одном и том же квантовом состоянии, несмотря на то, что их разделяет значительное расстояние. Квантовые телескопы были первоначально предложены исследователями Дэниелом Готтесманом, Томасом Дженневейном и Сарой Кроук из Института теоретической физики Периметра и Института квантовых вычислений при Университете Ватерлоо.
«Предложение состояло в том, чтобы использовать источник запутанных фотонов и использовать корреляции количества фотонов на двух станциях и, следовательно, в основном устранить проблему стабильности фазы фотонов. Интерферометры интенсивности используются для измерения диаметров звезд с использованием метода, основанного на эффекте сгущения фотонов Хэнбери Брауна-Твисса. В нашей схеме мы используем тот же эффект, только его фазозависимую часть, для измерения угла раскрытия между двумя звездами, которые теперь могут быть разделены значительным углом. С другой стороны, сказал Номероцкий, вторую звезду также можно рассматривать как источник когерентных фотонов для первой звезды, отсюда и ссылка на предложение Готтесмана-Дженневейна-Кроука».
По словам Номеротски, в настоящее время команда разрабатывает физическое описание, которое включало бы оба варианта. Это можно было бы обобщить на несколько станций и квантовые протоколы для обработки квантовой информации в «зашумленной» среде. Чтобы проверить свою концепцию, команда создала настольную версию двухфотонного интерферометра, который использовал узкую спектральную линию в двух аргоновых лампах (для имитации двух звезд). Как они и предсказывали, основываясь на предыдущих теоретических исследованиях, команда отметила пики эффекта группировки фотонов Хэнбери-Брауна-Твисса и корреляции каналов и измерила его зависимость от фазы фотона.
Главным преимуществом этого метода является улучшенное угловое разрешение (способность различать детали в объектах) в телескопах. Но, как объяснил Номероцкий, долгосрочные выгоды могут быть неизмеримыми: «Может возникнуть множество научных возможностей, которые выиграют от существенного повышения астрометрической точности. Просто перечислим некоторые из них: проверка теорий гравитации путем прямого отображения аккреционных дисков черных дыр, точного параллакса и лестницы космических расстояний, картирование событий микролинзирования, экзопланет, специфических движений, темной материи и других.
Конечно, все это довольно долгосрочно и потребует демонстраций подтверждения принципа и, что важно, повышения чувствительности по сравнению с тем, что достижимо сейчас. Эти улучшения основаны на прогрессе в разработке квантовых сетей и квантовых ретрансляторов, как в первоначальном предложении GJC. В настоящее время многие из этих разработок разрабатываются компаниями для совершенно других целей, и достигнут значительный прогресс, так что это может стать реальностью в обозримом будущем».
Это предложение по двухфотонной интерферометрии является одним из многих предложений по квантовым телескопам за последние годы. Другие примеры включают предложение команды Массачусетского технологического института объединить интерферометрию с квантовой телепортацией, чтобы резко увеличить разрешение обсерваторий (без использования зеркал большего размера). Существует также более свежая идея объединения стимулированного рамановского адиабатического прохождения и предварительно распределенной запутанности для создания виртуального телескопа интерферометрии с очень длинной базовой линией размером с планету Земля.
Эти квантовые методы могли бы позволить проводить наблюдения на ранее недоступных длинах волн и более детально изучать черные дыры, экзопланеты, Солнечную систему и поверхности далеких звезд. И по мере продолжения усилий по совершенствованию технологии, лежащей в основе квантовых вычислений, приложения, несомненно, будут распространяться на другие области исследований (например, квантовую астрономию).
Человечество на протяжении почти всего своего существования пользуется стимуляторами и веществами, изменяющими восприятие реальности. Сегодня кофе уже не столько энергетический напиток, сколько маленькое удовольствие, для которого активирующий нервную систему эффект может быть лишним.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина провели испытания автономной установки для обеспечения пресной водой удаленных нефтегазовых объектов. В ее основе — технология извлечения атмосферной влаги с использованием разработанного в университете композитного сорбционного материала. По расчетам исследователей, установка будет особенно эффективна на таких территориях с влажным климатом, как Каспийский шельф и Сахалин. В Восточной Сибири она может использоваться сезонно.
Авторы нового исследования, анализируя большой массив данных, выявили четкую закономерность: люди с психическими заболеваниями чаще выбирают партнеров с таким же расстройством, что повышает риск передачи этих болезней по наследству.
Европейское космическое агентство опубликовало снимок галактики NGC 4698, расположенной в созвездии Дева. Хотя на фотографии, сделанной телескопом «Хаббл», галактика кажется безмятежной, она хранит удивительную тайну: находящиеся в центре звезды и газ вращаются под прямым углом по отношению к остальной части диска.
Всего 20-30 лет назад большинство женщин ходили на каблуках, а большинство мужчин — в обуви, подошва которой серьезно нагружала позвоночник и мышцы спины. Если задуматься, факт поразительный: 20 тысяч лет назад, в палеолите, таких проблем человечество вообще не испытывало. Как так получилось и что новые материалы делают, чтобы все эти сложности стали прошлым?
Американские исследователи впервые смогли напрямую увидеть «квантовый скачок» звука — скачкообразный переход фонона, минимальной единицы звуковой энергии, между энергетическими уровнями в реальном времени. Это наблюдение завершило столетнюю историю поисков, начатую еще на заре квантовой физики, и открыло дорогу к созданию устойчивых квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Губкинский университет 















