다른 별을 공전하는 지구와 같은 행성의 표면을 볼 수 있거나, 별이 블랙홀에 의해 파쇄되는 것을 볼 수 있다고 상상해보십시오.
이러한 정확한 관찰은 현재 불가능합니다. 그러나 과학자들은 놀라운 수준의 세부 사항으로 우주를보기 위해 전 세계 광학 망원경을 양자 기계적으로 연결하는 방법을 제안하고 있습니다.
비결은 망원경 사이에 깨지기 쉬운 광자를 전송하여 신호를 결합하거나 "간섭"하여 훨씬 더 선명한 이미지를 생성하는 것입니다. 연구원은 수년간 알려진 이런 종류의 간섭계는 미래형 텔레포트 장치 네트워크를 통해 가능할 것입니다. 양자 인터넷. 그러나 양자 인터넷은 먼 꿈이지만, 새로운 제안은 현재 개발중인 양자 저장 장치로 광 간섭 측정을 수행하는 계획을 제시합니다.
이 접근법은 크기에 대한 천문학의 집착의 다음 단계를 나타낼 것입니다. 더 넓은 거울은 더 선명한 이미지를 생성하므로 천문학 자들은 끊임없이 더 큰 망원경을 설계하고 우주의 더 많은 세부 사항이 펼쳐지는 것을보고 있습니다. 오늘날 그들은 거의 40 미터 너비에 허블 우주 망원경 너비 (따라서 해상도)의 16 배에 달하는 거울이있는 광학 망원경을 만들고 있습니다. 그러나 거울이 얼마나 커질 수 있는지에는 한계가 있습니다.
“우리는 100 미터 단일 조리개 망원경을 만들지 않을 것입니다. 미친 짓이야!” 말했다 리사 프라 토, 애리조나 주 로웰 천문대의 천문학 자. “그럼 미래는 어떻습니까? 미래의 간섭계.”
지구 크기 망원경
전파 천문학 자들은 수십 년 동안 간섭 측정을 해왔습니다. 그만큼 최초의 블랙홀 사진2019 년에 출시 된는 전 세계에 흩어져있는 XNUMX 개의 전파 망원경에 도착한 신호를 동기화하여 만들어졌습니다. 총체적으로, 망원경은 그 사이의 거리만큼 넓은 단일 거울의 분해능을 가졌습니다. 사실상 지구 크기의 망원경이었습니다.
사진을 만들기 위해 각 망원경에 도착하는 전파에 정확한 타임 스탬프를 찍어 저장 한 다음 나중에 데이터를 함께 연결했습니다. 전파 천문학에서는 전파 방출 물체가 매우 밝고 전파가 비교적 커서 정렬하기 쉽기 때문에 절차가 비교적 쉽습니다.
광학 간섭계는 훨씬 더 어렵습니다. 가시 파장은 수백 나노 미터 길이를 측정하므로 다른 망원경에 도착했을 때 파동을 정렬 할 때 오류가 발생할 여지가 훨씬 적습니다. 또한 광학 망원경은 매우 희미한 소스에서 광자별로 이미지를 만듭니다. 간섭계를 수행하는 데 중요한 정보를 잃지 않고 이러한 입자 신호를 일반 하드 드라이브에 저장하는 것은 불가능합니다.
천문학 자들은 근처의 광학 망원경을 광섬유와 직접 연결하여 관리해 왔습니다.이 접근 방식은 2019 년에 외계 행성의 첫 번째 직접 관찰. 그러나 망원경을 1 킬로미터 정도 떨어져 연결하는 것은 "매우 다루기 힘들고 비용이 많이 듭니다"라고 말했습니다. 테오 텐 브루 멜라 르, 캘리포니아에있는 광학 간섭계 어레이 인 CHARA 어레이의 이사. "만약 어떤 종류의 양자 장치가있는 광학 망원경에서 광자 사건을 기록하는 방법이 있다면 과학에 큰 도움이 될 것입니다."
영의 슬릿
조스 블랜드-호손 과 존 바르톨로 뮤 시드니 대학교의 매튜 셀러스 호주 국립 대학교 최근에 계획을 제안 양자 하드 드라이브로 광학 간섭 측정을 수행합니다.
새로운 제안의 원리는 양자 혁명 이전 인 1800 년대 초로 거슬러 올라갑니다. 실험을 고안하다 빛이 입자 또는 파동으로 만들어 졌는지 테스트합니다. Young은 두 개의 밀접하게 분리 된 슬릿을 통해 빛을 통과 시켰고 뒤에있는 화면에 규칙적인 밝은 띠 패턴이 형성되는 것을 보았습니다. 이 간섭 패턴은 각 슬릿에서 나오는 광파가 상쇄되어 서로 다른 위치에서 합쳐지기 때문에 나타났습니다.
그러면 상황이 훨씬 더 이상해졌습니다. 양자 물리학 자들은 광자가 한 번에 하나씩 슬릿으로 보내지더라도 이중 슬릿 간섭 패턴이 남아 있음을 발견했습니다. 점진적으로 화면에 동일한 밝고 어두운 밴드를 만듭니다. 그러나 각 광자를 슬릿 한 모니터가 통과하면 간섭 패턴이 사라집니다. 입자는 방해받지 않을 때만 물결 모양입니다.
이제 두 개의 슬릿 대신 두 개의 망원경이 있다고 상상해보십시오. 우주에서 나온 단일 광자가 지구에 도착하면 두 망원경 중 하나를 칠 수 있습니다. 이것을 측정하기 전까지는 영의 이중 슬릿처럼 광자는 양쪽 모두에 들어오는 파동입니다.
Bland-Hawthorn, Bartholomew 및 Sellars는 들어오는 광자의 파동 상태를 방해하지 않고 기록하고 저장할 수있는 각 망원경에 양자 하드 드라이브를 연결할 것을 제안합니다. 잠시 후 하드 드라이브를 단일 위치로 이동하여 신호를 방해하여 믿을 수 없을 정도로 고해상도 이미지를 생성합니다.
양자 메모리
이를 위해 퀀텀 하드 드라이브는 장기간에 걸쳐 많은 정보를 저장해야합니다. 2015 년 Bartholomew, Sellars 및 동료들이 기억 장치 설계 XNUMX 시간 동안 깨지기 쉬운 양자 상태를 저장할 수있는 결정에 내장 된 유로퓸 핵으로 만들어졌으며,이를 며칠로 확장 할 수있는 잠재력이 있습니다.
그런 다음 올해 초, 허페이에있는 중국 과학 기술 대학의 팀은 광자 데이터를 유사한 장치에 저장하고 나중에 읽을 수 있음을 시연했습니다.
"양자 정보 기술이 천문학에 유용 할 수 있다는 사실은 매우 흥미롭고 놀라운 일입니다." 저우종콴, 공동 저자 최근에 발표 된 논문. Zhou는 고속 열차 또는 헬리콥터가 멀리 떨어진 망원경 사이에서 양자 하드 드라이브를 빠르게 왕복하는 세계를 설명합니다. 그러나 이러한 장치가 실험실 외부에서 작동 할 수 있는지 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다.
Bartholomew는 하드 드라이브가 양자 상태를 방해하는 잘못된 전기장 및 자기장으로부터 보호 될 수 있다고 확신합니다. 그러나 그들은 또한 압력 변화와 가속도를 견뎌야합니다. 그리고 연구원들은 다양한 파장의 광자를 저장할 수있는 하드 드라이브를 설계하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 우주 이미지를 캡처하는 데 필요합니다.
모든 사람이 그것이 효과가있을 것이라고 생각하지는 않습니다. "장기적으로 이러한 기술이 실용화 되려면 양자 네트워크가 필요합니다." 미하일 루킨, 하버드 대학의 양자 광학 전문가. Lukin은 양자 하드 드라이브를 물리적으로 운반하는 대신 계획을 제안 이것은 양자 인터넷에 의존합니다. 양자 중계기라고 불리는 장치의 네트워크는 상태를 방해하지 않고 위치간에 광자를 순간 이동시킵니다.
Bartholomew는 양자 하드 드라이브에 대해“우리는 낙관적 인 이유가있다”고 반박합니다. "10 년에서 XNUMX 년 사이에 실제 [천문학적 인] 출처를 실제로 조사하기 시작하는 잠정적 인 실험을 볼 수 있다고 생각합니다." 대조적으로, 양자 인터넷의 구축은 "현실에서 수십 년"이라고 Bland-Hawthorn은 말했다.
