Космос - це некерована стихія. Астрономи не контролюють об'єкти, які вони вивчають. Але вони покладаються на сучасні телескопи і нові методи аналізу, створюючи зображення з максимально доступною роздільною здатністю.
У хід йде будь-яке світло, яким би слабким або галасливим воно не було.
Днями група вчених запропонувала ще один спосіб використання квантової корекції помилок для боротьби із зоряним шумом, який вловлюють телескопи. На думку команди, навіть найпростіші протоколи корекції помилок, що працюють на квантових пристроях найближчого майбутнього, можуть дати значну перевагу для астрономічної візуалізації.
Роздільна здатність зображень зазвичай обмежена дифракцією. Методи квантового зондування здатні обійти це обмеження за умови, якщо зображуваним об'єктом можна маніпулювати або освітлювати його.
Але в астрономії такий підхід неможливий. Дослідники з Університету Маккуорі в Австралії та Національного університету Сінгапуру (NUS) знайшли обхідний шлях: вони показали, що квантова корекція помилок захищає спіймане зоряне світло, а також може враховувати небажані взаємодії з навколишнім середовищем.
Ідея запропонованого командою методу полягає в тому, що інформація, яку несе світло зірки, розподілена по великій квантовій системі в так званому коді з корекцією помилок. Навіть якщо деякі частини системи мають помилки, правильну інформацію може бути відновлено з решти частини.
Щоб зрозуміти, як працює нова техніка, уявіть собі двох астрономів. В обох є телескопи, але одержувані ними зображення нечіткі та малоінформативні для дослідників.
Тому вони "об'єднують" зібране ними світло, користуючись методом оптичної інтерферометрії. Що далі один від одного розташовані їхні телескопи, то більшої роздільної здатності зображення вони домагаються.
Однак на практиці шум і втрати під час передачі погіршують якість сигналів, таким чином обмежуючи відстань між телескопами.
Команда Macquarie-NUS сподівається, щоб квантові технології обійшли це обмеження, замінивши фізичний зв'язок (зазвичай оптичне волокно) між телескопами заплутаними кубітами.
Кубіти - це системи, які зберігають квантову інформацію, і коли вони заплутані, стани цих систем мають сильніші кореляції, ніж у класичних системах.
У цій логіці взаємодія світла і матерії переносить інформацію зі світла в стабільний стан їхніх кубітів. Залишається тільки поманіпулювати кубітами, що зберігають інформацію про зоряне світло.
Оскільки кубіти заплутані, інформація зберігається в квантовому коді з корекцією помилок у великому наборі обох кубітів.
"Результуючий стан... тепер є ... еквівалентом зоряного світла, яке увійшло всередину", - пояснює Зіксін Хуанг, провідний автор статті у Physical Review Letters, присвяченій цьому дослідженню.
Оскільки загальний стан зоряного світла передається в захищеній формі між кубітами, він стійкий до перешкод навколишнього середовища. Якщо виконати певні вимірювання, можна виявити, а потім виправити будь-які помилки до отримання інформації про зоряне світло. І тільки після цього настає час побудови шуканого зображення.
Крім того, дослідники показали, що нову техніку квантової корекції помилок для візуалізації можна використовувати навіть у квантових пристроях найближчого майбутнього, якщо вдасться отримати один із найпростіших протоколів корекції помилок.
У такому протоколі інформація про зоряне світло зберігається в наборах із трьох однакових кубітів - захист від помилок походить від триразового повторення інформації.
Хоча великі коди гарантують кращий захист, навіть маленький код забезпечить корисний захист від домінуючого типу помилок.
Ба більше, на відміну від квантових обчислень, для яких потрібен рівень помилок набагато менший за 1%, протокол для візуалізації може допускати рівень помилок до 50%, використовуючи тільки код повторення.
Таким чином, отримання зображень з "надроздільною здатністю" за дифракційною межею є несподіваним найближчим прикладом використання галасливих квантових пристроїв, хоча технологічні проблеми ще залишаються: немає самого протоколу, а тим більше його частин.
