Forskare föreslår att använda kvantdatorer för att förbättra bilder av avlägsna exoplaneter genom att bearbeta svaga ljussignaler effektivare. Metoden kombinerar diamantbaserade enheter och ultrakalla atomsystem för att extrahera tydligare detaljer från svaga fotonströmmar. Detta skulle kunna avslöja molekylära signaturer på dessa avlägsna världar.
Astronomer har identifierat tusentals exoplaneter utanför vårt solsystem, med uppskattningar som tyder på miljarder. Att studera dessa avlägsna världar är avgörande för sökandet efter utomjordiskt liv, men deras svaga ljussignaler, som ofta överskuggas av närliggande stjärnors, utgör betydande utmaningar. Johannes Borregaard från Harvard University, tillsammans med kollegor, föreslår att kvantdatorer skulle kunna revolutionera exoplanetbilder. Traditionella metoder kämpar med signaler så svaga som en foton per sekund av teleskopobservation – en svårighet som Borregaards NASA-samarbetspartners har framhållit. Genom att lagra de inkommande fotonernas kvanttillstånd skulle kvant-enheter kunna utnyttja deras inneboende egenskaper för att producera skarpare bilder, skilja planeter från stjärnors och till och med upptäcka molekylära fingeravtryck. Det föreslagna systemet börjar med en kvant-enhet tillverkad av konstruerade diamanter, som har testats för fotonlagring. Dessa tillstånd skulle sedan överföras till en andra enhet med ultrakalla atomer – en teknik som visar experimentellt löfte – för att köra algoritmer som genererar detaljerade bilder. Beräkningar visar att denna metod skulle kräva endast en bråkdel – hundradelar eller tusendelar – av de fotoner som konventionella tekniker behöver, och utmärka sig i låg ljussättning. Cosmo Lupo från Polytechnic University of Bari noterar: «Fotoner lyder kvantmekanikens regler. Därför är det naturligt och vettigt att undersöka kvantmetoder för att detektera och bearbeta ljus som kommer, exempelvis, från exoplaneter.» Han erkänner komplexiteten i att koppla enheterna och styra deras prestanda, men pekar på befintliga kvantapplikationer inom astronomi, som observation av en stjärna i Canis Minor-konstellationen. Borregaard håller med om att även om diamant- och ultrakall atomteknik utvecklas, är deras sammankoppling ett fokus för pågående forskning. Lupo är optimistisk och kallar arbetet «ett viktigt första steg» mot kvantdatorers inverkan på bildtagning och astronomi. Resultaten publiceras i PRX Quantum (DOI: 10.1103/s94k-929p).