Астрономи виявили тисячі планет, що обертаються навколо зірок за межами нашої Сонячної системи, але вважають, що існують ще мільярди планет. Завдання полягає в тому, щоб знайти та вивчити ці екзопланети, які знаходяться на неймовірно великих відстанях і випромінюють слабкі, часто замасковані світлові сигнали. Нове дослідження показує, що квантові комп’ютери можуть революціонізувати цей процес, створюючи чіткіші зображення та, можливо, відкриваючи молекулярні сигнатури цих далеких світів.
Проблема з традиційним рендерингом
Сучасним методам важко виявити слабкі світлові сигнали від екзопланет. Ці сигнали, подолавши величезні космічні відстані, розсіюються і губляться в яскравому світлі зірок. Йоганнес Боррегаард з Гарвардського університету та його команда прийшли до висновку, що це завдання може бути схоже на виявлення всього одного фотона за секунду роботи телескопа – неймовірно складне завдання для класичних комп’ютерів.
Чим можуть допомогти квантові комп’ютери
Квантові комп’ютери пропонують унікальну перевагу: вони можуть зберігати квантові стани вхідних фотонів і використовувати квантові властивості для отримання інформації, яка інакше була б втрачена. Це означає, що розмиті, нечіткі зображення або навіть окремі нечіткі точки, що представляють екзопланети, можна перетворити на чіткіші та деталізовані зображення.
Пропонована система включає два ключових компоненти. По-перше, світло від екзопланети має потрапити на квантовий обчислювальний пристрій, побудований зі спеціально розроблених алмазів (вже доведено, що вони ефективні для зберігання фотонних станів). По-друге, ця квантова інформація повинна бути передана на більш потужний квантовий комп’ютер, можливо, побудований з ультрахолодних атомів, щоб запустити алгоритм, призначений для реконструкції зображення.
Значне підвищення ефективності
Розрахунки показують, що ця квантова установка може досягти порівнянної якості зображення, використовуючи лише частку фотонів, необхідних традиційними методами, потенційно зменшуючи вимоги в сотні чи навіть тисячі разів. Це особливо цінно при роботі з надзвичайно слабкими джерелами світла.
Проблеми та поточні дослідження
Незважаючи на те, що ця система перспективна, впровадження цієї системи не є простим завданням. Космо Лупо з Політехнічного університету Барі зазначає, що підключення та контроль продуктивності обох квантових комп’ютерів є важкою перешкодою. Боррегаард визнає це, кажучи, що його дослідницька група та інші активно працюють над рішеннями. Тренд використання квантової механіки для космічних спостережень вже розвивається: за однією схемою нещодавно спостерігали за зіркою в сузір’ї Малого Пса.
“Фотони підкоряються законам квантової механіки. Тому цілком природно… досліджувати квантові методи виявлення та обробки світла, що надходить, наприклад, від екзопланет”. – Космо Лупо, Політехнічний університет Барі.
Це дослідження є важливим кроком до майбутнього, де квантові обчислення можуть значно покращити нашу здатність досліджувати та розуміти Всесвіт за межами нашої Сонячної системи.
