研究者らは、量子コンピュータを使用して遠方の系外惑星の画像を向上させることを提案しており、微弱な光信号をより効果的に処理する。方法はダイヤモンドベースのデバイスと超低温原子システムを組み合わせ、弱い光子ストリームからより鮮明な詳細を抽出する。これにより、これらの遠い世界の分子シグネチャが明らかになる可能性がある。
天文学者らは太陽系外に数千の系外惑星を発見しており、推定では数十億存在するとされる。これら遠方の世界を研究することは、地球外生命の探査において極めて重要だが、近隣の星に圧倒される微弱な光信号が大きな課題となっている。 ハーバード大学のヨハネス・ボレガード氏と同僚らは、量子コンピュータが系外惑星の画像化を革新できると提案している。従来の手法は、望遠鏡観測1秒あたり1光子という極めて弱い信号に苦戦しており、これはボレガード氏のNASA共同研究者らが指摘する難点である。入射光子の量子状態を保存することで、量子デバイスはその固有特性を活用してより鮮明な画像を生成し、惑星と恒星を区別したり、分子の指紋を検出したりできる。 提案システムは、光子保存用にテスト済みの人工ダイヤモンド製量子デバイスから始まる。これらの状態は次に、実験的に有望な超低温原子を用いた第2デバイスへ移され、詳細画像を生成するアルゴリズムを実行する。計算によると、この手法は従来技術が必要とする光子のわずかな割合——百分の1や千分の1——で済み、低照度条件下で優位性を発揮する。 バーリ工科大学のコスモ・ルポ氏は、「光子は量子力学のルールに従う。そのため、例えば系外惑星からの光を検出・処理するための量子手法を調べるのは自然で理にかなっている」と指摘する。デバイス間の接続と性能制御の複雑さを認めつつ、天文学における既存の量子応用、例えばカニス・ミノール座の星の観測を挙げる。 ボレガード氏は、ダイヤモンドと超低温原子技術が進展中である一方、それらの相互接続が現在の研究焦点だと同意する。ルポ氏はこの研究を「量子コンピューティングが画像化と天文学に与える影響に向けた重要な第一歩」と楽観視している。結果はPRX Quantumに掲載（DOI: 10.1103/s94k-929p）。