Forskare har utvecklat en kvantinspirerad protokoll för att mäta massorna av små kosmiska objekt som subtilt böjer ljus genom mikrolinsning. Detta tillvägagångssätt utnyttjar kvantiska egenskaper hos fotoner för att extrahera exakt information från svaga signaler. Det skulle kunna upptäcka svårfångade entiteter som rogue-planeter och isolerade svarta hål utan behov av massiva teleskop.
Ljus från avlägsna stjärnor färdas inte alltid i raka linjer; massiva objekt kan böja det och skapa gravitationslinsningseffekter. Medan dramatisk linsning från tungviktare som svarta hål är detekterbar, ställer subtilare "mikrolinsning" från mindre massor utmaningar för traditionella metoder. Zhenning Liu vid University of Maryland och hans kollegor föreslår ett protokoll som tar hänsyn till ljusets kvantnatur för att övervinna detta.
Mikrolinsningsevent är identifierbara eftersom ljuset tillfälligt blir ljusare, vilket indikerar ett mellanliggande objekt. Att dock inferera objektets massa från konventionella teleskopdata är svårt för små kroppar, såsom rogue-planeter eller isolerade svarta hål. Liu förklarar: "Forskare kan se när en mikrolinsningsevent inträffar, eftersom ljuset blir ljusare. Detta låter dem veta att det finns ett objekt mellan oss och ljusets källa, men om det objektet inte är enormt kan de inte inferera dess massa från egenskaperna hos ljuset som teleskopen redan mäter."
Innovationen ligger i fotoner, ljusets kvantpartiklar. När en foton möter ett linsobjekt kan den ta flera vägar med olika restider, vilket ändrar dess kvantiska egenskaper. Som vågor som delar sig runt en sten utforskar fotoner effektivt båda vägarna samtidigt. Teamets algoritm extraherar tidsfördröjningen mellan dessa vägar, som direkt relaterar till objektets massa.
Detta kvanttillvägagångssätt kräver få fotoner, vilket gör det genomförbart med befintliga detektorer och konventionella datorer, utan en fullständig kvantdator. Matematisk analys visar att det fungerar bra för stjärnor i Vintergatans galaktiska utbuktning, där tidigare linsningsstudier har hittat mörka objekt. Implementering skulle kunna testas inom några år.
Daniel Oi vid University of Strathclyde berömmer metoden: den erbjuder "en exponentiell förbättring i förmågan att extrahera tidsfördröjningsinformation från ljus", och kallar det "den heliga graalen inom kvantteknik". Kvantverktyg passar svaga astronomiska signaler, eftersom de adresserar grundläggande mätgränser i fysiken.
Protokollet, som beskrivs i en nyligen publicerad arXiv-artikel (DOI: 10.48550/arXiv.2510.07898), lovar att avslöja kosmiska objekt som är osynliga för andra observationer och förbättra vår förståelse av universums dolda massor.