新量子技术可将黑洞看得更清楚

2022/6/2 10:19:47 来源：科技日报

据澳大利亚麦考瑞大学和新加坡国立大学研究人员近日发布在预印本平台arxiv.org上的研究论文，一种被称为受激拉曼绝热通道（STIRAP）的新量子技术可以增强光学甚长基线干涉测量（VLBI）。这项技术允许量子信息无损耗地传输，使VLBI探测到以前无法看到的波长。一旦与下一代仪器集成，这项技术可对黑洞、系外行星、太阳系和遥远恒星的表面进行更详细的研究。

过去的十年里，系外行星的研究取得了长足的进步，引力波天文学已经成为一个新的领域，科学家捕捉到了第一批超大质量黑洞的图像。得益于高灵敏度的仪器以及世界各地天文台共享数据的能力，与此相关的干涉测量学也取得了进步，VLBI科学正在打开一个全新的领域。

VLBI是指射电天文学中使用的一种特定技术，其中来自天文射电源（黑洞、类星体、脉冲星、恒星形成的星云等）的信号被结合在一起，以创建它们的结构和活动的详细图像。简单来说,VLBI就是把几个小望远镜联合起来,达到一架大望远镜的观测效果。前不久，VLBI观测到了银河系中心黑洞人马座A*的首张图像。

但研究人员指出，经典干涉测量仍然受到物理限制的阻碍，包括信息丢失、噪声，以及所获得的光通常是量子性质的事实。一旦解决这些限制，VLBI可用于更精细的天文测量。

研究人员表示，克服这些限制的关键是使用像STIRAP这样的量子通信技术。STIRAP包括使用两个相干光脉冲在两个适用的量子态之间传输光学信息。当应用于VLBI时，它将允许在量子态之间高效和选择性地进行布居转移，而不会受到常见的噪声或损耗问题的影响。

研究人员提出一种更详细、更准确的干涉测量技术。为了模拟大型光学干涉仪，必须对光进行相干收集和处理，他们建议使用量子纠错来减少这一过程中由于损失和噪声造成的误差。

为了验证他们的理论，研究小组考虑了两个相隔很长距离的设施收集天文光线的情景。在“编码器”阶段，信号通过STIRAP技术被捕获到量子存储器中，该技术允许入射光相干耦合到原子的非辐射状态。

从天文光源捕捉到量子状态的光（消除量子噪声和信息损失）的能力，将改变干涉测量的游戏规则。此外，这些改进将对天文学的其他领域产生重大影响。它将足够强大，可拍摄恒星周围的小行星、太阳系的细节、恒星表面的运动学、吸积盘以及黑洞的潜在细节等。

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