Квантовые компьютеры могут помочь улучшить качество изображений экзопланет.

Сочетание двух типов устройств квантовых вычислений может стать тем самым ключом к получению более качественных изображений тусклых, далёких экзопланет.

Квантовые компьютеры могут помочь нам увидеть больше экзопланет — и рассмотреть их более детально.

Астрономы уже обнаружили тысячи планет за пределами нашей Солнечной системы, но они предполагают, что на самом деле таких экзопланет существуют миллиарды. Идентификация и изучение этих планет является неотъемлемой частью поиска внеземной жизни, но это технически сложно, поскольку они находятся на очень большом расстоянии от Земли.

Йоханнес Боррегаард из Гарвардского университета и его коллеги утверждают, что квантовые компьютеры могут значительно улучшить этот процесс.

Для получения изображений экзопланет исследователям необходимо собирать световые сигналы, излучаемые этими планетами, но такие сигналы, как правило, ослабевают после прохождения больших расстояний в космосе. Кроме того, сигналы часто становятся шумными или частично заслоняются светом от близлежащих звезд.

Боррегаард говорит, что его коллеги из НАСА помогли ему понять, что проблема может быть столь же сложной, как поиск всего одной частицы света, или фотона, каждую секунду работы телескопа.

Обработка таких слабых сигналов затруднена при использовании традиционных методов, но квантовый компьютер мог бы хранить серию квантовых состояний входящих фотонов, а затем использовать их квантовые свойства для извлечения информации об экзопланете, говорит он. Таким образом, анализ, который обычно приводит лишь к слишком размытому изображению, чтобы отличить экзопланету от звезды, или отображает ее как одну нечеткую точку, может дать более четкие изображения экзопланеты в космосе. Это даже может позволить исследователям выявлять световые «отпечатки пальцев» молекул на экзопланете.

В основе плана его команды лежит идея, согласно которой свет от экзопланеты сначала попадает на квантовое вычислительное устройство, изготовленное из специально созданных алмазов. Подобные устройства уже успешно протестированы в качестве устройств хранения квантовых состояний фотонов. Затем эти состояния передаются на другой, более сложный квантовый компьютер, который затем запускает алгоритм, предназначенный для извлечения информации, необходимой для создания изображения экзопланеты. Боррегаард и его коллеги смоделировали это второе устройство как изготовленное из чрезвычайно холодных атомов, что является еще одной технологией, которая недавно показала большие перспективы в экспериментах.

Расчеты исследователей показали, что использование квантовых устройств таким образом позволяет создавать изображения, содержащие лишь сотые или даже тысячные доли фотонов по сравнению с традиционными методами. Другими словами, квантовая установка может превзойти существующие методы при очень слабом свете.

«Фотоны подчиняются правилам квантовой механики. Поэтому вполне естественно и логично исследовать квантовые методы обнаружения и обработки света, исходящего, например, от экзопланет», — говорит Космо Лупо из Политехнического университета Бари в Италии. Однако, по его словам, воплощение нового предложения в жизнь станет сложной задачей, требующей как очень хорошего контроля над производительностью каждого из двух квантовых компьютеров, так и эффективного способа их соединения.

Квантовые компьютеры наконец-то достигли безоговорочного превосходства.

Впервые исследователи математически доказали, что квантовому компьютеру требуется меньше вычислительной мощности для решения конкретной задачи, чем обычному компьютеру, и этот результат невозможно превзойти.

Боррегаард придерживается аналогичной точки зрения. По его словам, хотя существуют многообещающие экспериментальные работы, которые подтверждают целесообразность использования как алмазного, так и сверххолодного квантового компьютера, объединение этих двух технологий — задача, над которой в настоящее время работают несколько исследовательских групп, включая его коллег.

Лупо говорит, что еще одна схема использования квантовых свойств света уже применялась для наблюдения за звездой в созвездии Малого Пса, поэтому тенденция использования квантовых устройств для наблюдения за космосом уже набирает обороты. «Я в восторге от того, как квантовые вычисления повлияют на область визуализации и астрономии в будущем», — говорит он. «Новая работа — важный первый шаг в этом направлении».

PRX Quantum DOI: 10.1103/s94k-929p

Мировая столица астрономии: Чили

. Откройте для себя астрономические достопримечательности Чили. Посетите одни из самых технологически продвинутых обсерваторий мира и полюбуйтесь звездами под одним из самых чистых небес на Земле.

Узнать больше

Источник: www.newscientist.com