क्वांटम डबल-स्लिट प्रयोग पृथ्वी-आकार टेलीस्कोप के लिए आशा प्रदान करता है

कल्पना करें कि पृथ्वी जैसे ग्रह की सतह को दूसरे तारे की परिक्रमा करते हुए या किसी तारे को ब्लैक होल से काटते हुए देखने में सक्षम हो।

वर्तमान में ऐसी सटीक टिप्पणियां असंभव हैं। लेकिन वैज्ञानिक दुनिया भर में ऑप्टिकल टेलीस्कोप को क्वांटम करने के तरीकों का प्रस्ताव दे रहे हैं ताकि ब्रह्मांड को विस्तार के दिमाग के स्तर पर देखा जा सके।

यह चाल दूरबीनों के बीच नाजुक फोटोनों को ले जाने के लिए है, ताकि सिग्नलों को संयोजित किया जा सके, या "दखल दिया जाए", दूर की तीखी छवियों को बनाने के लिए। शोधकर्ताओं के पास है वर्षों से जाना जाता है कि इस तरह के इंटरफेरोमेट्री टेलीपोर्टेशन उपकरणों के फ्यूचरिस्टिक नेटवर्क के साथ संभव होगा, जिसे ए क्वांटम इंटरनेट। लेकिन जबकि क्वांटम इंटरनेट एक दूर का सपना है, एक नया प्रस्ताव क्वांटम भंडारण उपकरणों के साथ ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री करने की एक योजना देता है जो अभी विकास के अधीन हैं।

दृष्टिकोण आकार के साथ खगोल विज्ञान के जुनून के अगले चरण का प्रतिनिधित्व करेगा। विडर मिरर तेज चित्र बनाते हैं, इसलिए खगोलविद लगातार कभी-कभी बड़ी दूरबीनों को डिजाइन कर रहे हैं और ब्रह्मांड के अधिक विवरण को देख रहे हैं। आज वे हबल स्पेस टेलिस्कोप की लगभग 40 मीटर चौड़ी, 16 गुना चौड़ाई (और इस प्रकार रिज़ॉल्यूशन) के साथ एक ऑप्टिकल टेलीस्कोप का निर्माण कर रहे हैं। लेकिन एक सीमा है कि कितने दर्पण बढ़ सकते हैं।

“हम 100 मीटर सिंगल-एपर्चर टेलीस्कोप का निर्माण नहीं करने जा रहे हैं। यह पागलपन है!" कहा हुआ लिसा प्रातो, एरिज़ोना में लोवेल वेधशाला में एक खगोलशास्त्री। “तो भविष्य क्या है? भविष्य का इंटरफेरोमेट्री। ”

पृथ्वी के आकार का टेलीस्कोप

रेडियो खगोलविद दशकों से इंटरफेरोमेट्री कर रहे हैं। एक ब्लैक होल की पहली तस्वीर, 2019 में जारी किया गया था, जो दुनिया भर में आठ रेडियो दूरबीनों पर पहुंचे संकेतों को सिंक्रनाइज़ करके बनाया गया था। सामूहिक रूप से, दूरबीनों में एकल दर्पण की संकल्प शक्ति जितनी चौड़ी थी, उनके बीच की दूरी - एक प्रभावी रूप से पृथ्वी के आकार की दूरबीन।

चित्र बनाने के लिए, प्रत्येक टेलीस्कोप पर आने वाली रेडियो तरंगों को ठीक समय-स्टांप और संग्रहीत किया गया था, और डेटा को बाद में एक साथ सिले किया गया था। रेडियो एस्ट्रोनॉमी में यह प्रक्रिया अपेक्षाकृत आसान है, क्योंकि रेडियो-उत्सर्जक वस्तुएं बहुत चमकीली होती हैं, और क्योंकि रेडियो तरंगें अपेक्षाकृत बड़ी होती हैं और इस तरह लाइन अप करना आसान होता है।

ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री बहुत कठिन है। दृश्यमान तरंग दैर्ध्य सैकड़ों नैनोमीटर लंबे मापते हैं, जो अलग-अलग दूरबीनों में आने पर तरंगों को संरेखित करने में त्रुटि के लिए बहुत कम जगह छोड़ते हैं। इसके अलावा, ऑप्टिकल दूरबीनें बहुत मंद स्रोतों से फोटॉन-दर-फोटॉन का निर्माण करती हैं। इंटरफेरोमेट्री करने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी खोए बिना सामान्य हार्ड ड्राइव पर इन दानेदार संकेतों को सहेजना असंभव है।

खगोलविदों ने पास के ऑप्टिकल टेलिस्कोपों ​​को सीधे ऑप्टिकल फाइबर के साथ जोड़कर प्रबंधित किया है - एक दृष्टिकोण जो 2019 में नेतृत्व किया गया एक एक्सोप्लैनेट का पहला प्रत्यक्ष अवलोकन। लेकिन दूरबीनों को 1 किलोमीटर या इससे अधिक दूर जोड़ने पर "बेहद अनजाने और महंगे" कहा जाता है थियो दस ब्रूमेलेरCHAA ऐरे के निदेशक, कैलिफोर्निया में एक ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्रिक सरणी। "अगर किसी तरह के क्वांटम डिवाइस के साथ एक ऑप्टिकल टेलीस्कोप में फोटॉन घटनाओं को रिकॉर्ड करने का एक तरीका था, तो यह विज्ञान के लिए एक बड़ा वरदान होगा।"

यंग की स्लिट्स

जॉस ब्लैंड-नागफनी और जॉन बार्थोलोम्यू सिडनी विश्वविद्यालय और मैथ्यू सेलर्स ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय के हाल ही में एक योजना प्रस्तावित की है क्वांटम हार्ड ड्राइव के साथ ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री करने के लिए।

नए प्रस्ताव के पीछे का सिद्धांत क्वांटम क्रांति से पहले 1800 के दशक की शुरुआत में था, जब थॉमस यंग थे एक प्रयोग तैयार किया यह जांचने के लिए कि प्रकाश कणों या तरंगों से बना है या नहीं। यंग ने दो अलग-अलग अलग-अलग स्लिट्स के माध्यम से प्रकाश पारित किया और एक स्क्रीन पर नियमित उज्ज्वल बैंड के पैटर्न को देखा। यह हस्तक्षेप पैटर्न, उन्होंने तर्क दिया, क्योंकि प्रत्येक भट्ठा से प्रकाश तरंगें अलग-अलग स्थानों पर एक साथ रद्द और जोड़ देती हैं।

फिर चीजों को पूरी तरह से निराला मिला। क्वांटम भौतिकविदों ने पता लगाया कि डबल-स्लिट हस्तक्षेप पैटर्न तब भी रहता है, जब फोटोन को एक बार में स्लिट्स की ओर भेजा जाता है; डॉट द्वारा डॉट, वे धीरे-धीरे स्क्रीन पर प्रकाश और अंधेरे के समान बैंड बनाते हैं। हालांकि, अगर कोई भी मॉनिटर करता है जो प्रत्येक फोटॉन को काटता है, तो हस्तक्षेप पैटर्न गायब हो जाता है। कणों को केवल तब हटाया जाता है जब वे अधिशोषित होते हैं।

अब कल्पना करें कि दो स्लिट्स के बजाय, आपके पास दो टेलिस्कोप हैं। जब ब्रह्मांड से एक भी फोटॉन पृथ्वी पर आता है, तो वह दूरबीन से टकरा सकता है। जब तक आप इसे मापते हैं - यंग के डबल स्लिट्स के साथ - फोटॉन एक लहर है जो दोनों में प्रवेश करती है।

ब्लैंड-हॉथोर्न, बार्थोलोम्यू और सेलर्स प्रत्येक दूरबीन में एक क्वांटम हार्ड ड्राइव में प्लगिंग का सुझाव देते हैं जो आने वाले फोटॉनों के वेवेलिक राज्यों को रिकॉर्ड कर सकते हैं और उन्हें परेशान किए बिना स्टोर कर सकते हैं। थोड़ी देर के बाद, आप हार्ड ड्राइव को एक ही स्थान पर ले जाते हैं, जहां आप अविश्वसनीय रूप से उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि बनाने के लिए संकेतों को बाधित करते हैं।

क्वांटम मेमोरी

इस काम को करने के लिए, क्वांटम हार्ड ड्राइव को बहुत सारी जानकारी को लंबे समय तक स्टोर करना पड़ता है। 2015 में एक मोड़ आया, जब बार्थोलोमेव, सेलर्स और सहकर्मी एक मेमोरी डिवाइस बनाया गया है यूरोपीय क्रिस्टल नाभिक से बना एक क्रिस्टल में एम्बेडेड है जो नाजुक क्वांटम राज्यों को छह घंटे तक स्टोर कर सकता है, इसे दिनों तक बढ़ाने की क्षमता के साथ।

फिर, इस वर्ष की शुरुआत में, हेफ़ेई में चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की एक टीम ने प्रदर्शित किया कि आप फोटॉन डेटा को समान उपकरणों में सहेज सकते हैं और बाद में इसे पढ़ सकते हैं।

"यह देखना बहुत ही रोमांचक और आश्चर्यजनक है कि क्वांटम सूचना तकनीक खगोल विज्ञान के लिए उपयोगी हो सकती है," कहा ज़ोंग-क्वान झोउ, जिन्होंने सह-लेखक थे हाल ही में प्रकाशित पत्र। झोउ एक ऐसी दुनिया का वर्णन करता है जिसमें उच्च गति वाली गाड़ियों या हेलीकॉप्टरों ने दूर-दूर के दूरबीनों के बीच तेजी से शटल क्वांटम हार्ड ड्राइव का निर्माण किया। लेकिन क्या ये उपकरण बाहर की प्रयोगशालाओं में काम कर सकते हैं, यह देखना बाकी है।

बार्थोलोम्यू को विश्वास है कि हार्ड ड्राइव को गलत बिजली और चुंबकीय क्षेत्रों से परिरक्षित किया जा सकता है जो क्वांटम राज्यों को बाधित करते हैं। लेकिन उन्हें दबाव परिवर्तन और त्वरण का सामना भी करना पड़ेगा। और शोधकर्ता हार्ड ड्राइव को डिजाइन करने के लिए काम कर रहे हैं जो फोटॉनों को कई अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के साथ स्टोर कर सकते हैं - ब्रह्मांड की छवियों को कैप्चर करने के लिए एक आवश्यकता।

सभी को नहीं लगता कि यह काम करेगा। "लंबे समय में, अगर इन तकनीकों को व्यावहारिक बनना है, तो उन्हें क्वांटम नेटवर्क की आवश्यकता होगी," कहा मिखाइल ल्यूकिन, हार्वर्ड विश्वविद्यालय में एक क्वांटम प्रकाशिकी विशेषज्ञ। शारीरिक रूप से क्वांटम हार्ड ड्राइव के परिवहन के बजाय, ल्यूकिन के पास है एक योजना प्रस्तावित की यह क्वांटम इंटरनेट पर निर्भर करेगा - क्वांटम रिपीटर नामक उपकरणों का एक नेटवर्क जो अपने राज्यों को परेशान किए बिना स्थानों के बीच फोटॉन को टेलीफ़ोन करता है।

क्वांटम हार्ड ड्राइव के बारे में बार्थोलोम्यू ने कहा कि "हमारे पास आशावादी होने के अच्छे कारण हैं"। "मुझे लगता है कि पांच से 10 साल की समय सीमा में आप अस्थायी प्रयोगों को देख सकते हैं जहां आप वास्तव में वास्तविक [खगोलीय] स्रोतों को देखना शुरू करते हैं।" इसके विपरीत, क्वांटम इंटरनेट का निर्माण, ब्लैंड-हॉथोर्न ने कहा, "वास्तविकता से दशकों" है।

स्रोत: https://www.quantamagazine.org/famous-quantum-experiment-offers-hope-for-earth-size-telescope-20210505/