Quantum双缝实验为地球尺寸的望远镜提供了希望

想象一下，能够看到地球状行星的表面绕着另一个明星，或者看着一颗黑洞撕碎。

此类精确观察目前是不可能的。但科学家们正在提出Quantum机械连接到世界各地的光学望远镜的方法，以便在令人难以置信的细节水平上观看宇宙。

诀窍是在望远镜之间运输脆弱的光子，从而可以组合信号或“干扰”来创建远的图像。研究人员已知多年来，这种干涉测量学与称为量子互联网的未来传送设备是可能的。但是，而量子互联网是一个偏远的梦想，一个新的提案奠定了一种与现在正在开发的量子存储设备进行光学干涉测量的方案。

该方法将代表天文学的下一阶段对大小的痴迷。更宽的镜子创造更清晰的图像，因此天文学家不断地设计更大的望远镜，并看到更多细节的宇宙展开。如今，他们的镜子宽约40米的镜子构建了一个光学望远镜，距离哈勃太空望远镜的宽度（和因此分辨率）的16倍。但是有多少镜子可以增长。

“我们不会建造一个100米的单孔望远镜。那是疯狂的！“亚利桑那州洛厄尔天文台的天文学家Lisa Prato说。 “那么未来是什么？未来的干涉测量。“

射频天文学家几十年来就是干涉测量。 2019年发布的黑洞的第一次图片是通过同步到达世界各地的八个无线电望远镜的信号来制造的。集体，望远镜具有单镜子的解决能力，与它们之间的距离一样宽，有效地望远镜望远镜。

为了使图片，到达每个望远镜的无线电波精确时间戳和存储，然后稍后将数据缝合在一起。该程序在射频天文学中相对容易，因为无线电物体往往非常明亮，并且因为无线电波相对较大，因此易于排列。

光学干涉测量更难。可见波长测量数百纳米长，留下较少的空间，以便根据它们到达不同的望远镜时对齐波的误差。此外，光学望远镜从非常暗淡的光源构建图像光子光子。不可能将这些颗粒状信号储存到正常的硬盘上，而不会丢失对干涉测量学至关重要的信息。

天文学家通过直接连接附近的光纤望远镜与光纤进行了管理 - 这是一种方法，即2019年的首次直接观察外延观察。但连接到比1公里左右的望远镜等于“极度笨重而且昂贵”，Chara阵列的主任，加利福尼亚州的光学干涉阵列。 “如果有一种用某种量子装置在光学望远镜上记录光子事件，那将是科学的一个伟大的福音。”

悉尼大学的Joss Bland-Hawthorn和John Bartholomew澳大利亚国立大学的Matthew Sellars最近提出了一种用量子硬盘进行光学干涉测量的方案。

新建议背后的原则追溯到18世纪初，在量子革命之前，当托马斯杨设计了试验以测试光线是否由粒子或波浪制成。年轻人通过两个紧密分离的狭缝光，并在后面的屏幕上看到了普通明亮乐队形式的模式。他争辩说，这种干涉模式出现了，因为每个狭缝的光波消除并在不同位置加起来。

然后事情得到了一个整个黎明。量子物理学家发现，即使光子一次朝向狭缝送向狭缝，也会保持双缝干涉图案;点点，它们在屏幕上逐渐创造了相同的光线和黑暗。但是，如果有人监视每个光子的狭缝通过，则干涉图案消失。颗粒在不受干扰时只有波状。

现在想象一下，而不是两个狭缝，你有两个望远镜。当来自宇宙的单个光子到达地球时，它可以击中望远镜。直到你测量这个 - 与年轻的双狭缝一样 - 光子是进入两者的波。

Bland-Hawthorn，Bartholomew和Sellars建议在每个望远镜的Quantum硬盘上插入，该望远镜可以记录并存储传入光子的波状状态而不会扰乱它们。经过一段时间，您将硬盘驱动器传输到单个位置，在那里干扰信号以创建令人难以置信的高分辨率图像。

为了使这项工作，量子硬盘必须在长时间存储大量信息。 2015年的一个转折点是，当Bartholomew，Sellars和同事设计了一种由嵌入在晶体中的铕核制成的内存装置，可以将脆弱量子状态置于六个小时，有可能延伸到几天。

然后，今年早些时候，来自中国科技大学的团队在合肥中表明，您可以将光子数据保存到类似的设备中，后来读出来。

“看到量子信息技术对天文学有用，”宗 - 泉说，这是非常令人兴奋和令人惊讶的，“宗 - 泉·周，曾撰写了最近发表的论文。周描述了一个世界，其中高速列车或直升机快速穿梭距离望远镜之间的量子硬盘。但这些设备是否可以在实验室外工作仍有待观察。

Bartholomew相信硬盘驱动器可以屏蔽破坏量子状态的错误电气和磁场。但他们也必须承受压力变化和加速。研究人员正致力于设计可以将具有许多不同波长的光子存储光子的硬盘 - 这是捕获宇宙图像的必要性。

不是每个人都认为它会工作。 “从长远来看，如果这些技术要成为实用，他们将需要量子网络，”哈佛大学普通光学专家Mikhail Lukin说。 Lukin提出了一种依赖量子互联网的方案来依赖于量子互联网的方案 - 一种称为量子中继器的设备网络，其在没有打扰其状态的情况下传送位置之间的光子。

巴塞洛缪柜台认为，“我们有很好的理由乐观”，关于量子硬盘。 “我认为在五到10年的时间范围内，你可以看到暂定的实验，你实际上开始看真实的[天文学]来源。”相比之下，Quantum Internet的建设，Bland-Hawthorn表示，“几十年代”。