Astronomové objevili tisíce planet obíhajících kolem hvězd mimo naši sluneční soustavu, ale předpokládá se, že existují miliardy dalších. Výzvou je najít a studovat tyto exoplanety, které jsou v neuvěřitelně velkých vzdálenostech a vydávají slabé, často maskované světelné signály. Nový výzkum naznačuje, že kvantové počítače by mohly způsobit revoluci v tomto procesu, umožnit jasnější snímky a možná odhalit molekulární podpisy těchto vzdálených světů.
Problém s tradičním vykreslováním
Současné metody mají potíže s detekcí slabých světelných signálů z exoplanet. Tyto signály, které urazily obrovské vesmírné vzdálenosti, jsou rozptýleny a ztraceny v jasném světle hvězd. Johannes Borregaard z Harvardské univerzity a jeho tým dospěli k závěru, že tento úkol by mohl být podobný detekci pouhého jednoho fotonu za sekundu provozu dalekohledu – což je pro klasické počítače neuvěřitelně obtížný úkol.
Jak mohou pomoci kvantové počítače
Kvantové počítače nabízejí jedinečnou výhodu: mohou ukládat kvantové stavy příchozích fotonů a využívat kvantové vlastnosti k extrakci informací, které by se jinak ztratily. To znamená, že rozmazané, neostré snímky – nebo dokonce jednotlivé rozmazané body představující exoplanety – lze přeměnit na ostřejší a detailnější snímky.
Navrhovaný systém obsahuje dvě klíčové součásti. Za prvé, světlo z exoplanety musí dopadnout na kvantové výpočetní zařízení postavené ze speciálně navržených diamantů (již se ukázalo jako účinné při ukládání stavů fotonů). Zadruhé, tato kvantová informace musí být přenesena do výkonnějšího kvantového počítače, možná postaveného z ultrachladných atomů, aby mohl spustit algoritmus určený k rekonstrukci obrazu.
Významné zvýšení efektivity
Výpočty ukazují, že toto kvantové nastavení může dosáhnout srovnatelné kvality obrazu s použitím pouze zlomku fotonů požadovaných tradičními metodami – což potenciálně snižuje požadavky stokrát nebo dokonce tisíckrát. To je zvláště cenné při práci s extrémně slabými zdroji světla.
Problémy a aktuální výzkum
Přestože je implementace tohoto systému slibná, není jednoduchý úkol. Cosmo Lupo z Polytechnické univerzity v Bari poznamenává, že propojení a kontrola výkonu obou kvantových počítačů je obtížná překážka. Borregaard to uznává a říká, že jeho výzkumná skupina a další aktivně pracují na řešeních. Trend využívání kvantové mechaniky pro pozorování vesmíru se již rozvíjí: jedno schéma bylo nedávno použito k pozorování hvězdy v souhvězdí Canis Minor.
“Fotony se řídí zákony kvantové mechaniky. Proto je přirozené… zkoumat kvantové metody pro detekci a zpracování světla přicházejícího například z exoplanet.” – Cosmo Lupo, Polytechnická univerzita v Bari.
Tento výzkum představuje důležitý krok směrem k budoucnosti, kde by kvantové výpočty mohly výrazně zlepšit naši schopnost zkoumat a porozumět vesmíru mimo naši sluneční soustavu.
