據澳大利亞麥考瑞大學(xué)和新(xīn)加坡國(guó)立大學(xué)研究人員近日發布在預印本平台arxiv.org上的研究論文(wén)，一種被稱為(wèi)受激拉曼絕熱通道（STIRAP）的新(xīn)量子技(jì )術可(kě)以增強光學(xué)甚長(cháng)基線(xiàn)幹涉測量（VLBI）。這項技(jì )術允許量子信息無損耗地傳輸，使VLBI探測到以前無法看到的波長(cháng)。一旦與下一代儀器集成，這項技(jì )術可(kě)對黑洞、系外行星、太陽系和遙遠(yuǎn)恒星的表面進行更詳細的研究。
過去的十年裏，系外行星的研究取得了長(cháng)足的進步，引力波天文(wén)學(xué)已經成為(wèi)一個新(xīn)的領域，科(kē)學(xué)家捕捉到了第一批超大質(zhì)量黑洞的圖像。得益于高靈敏度的儀器以及世界各地天文(wén)台共享數據的能(néng)力，與此相關的幹涉測量學(xué)也取得了進步，VLBI科(kē)學(xué)正在打開一個全新(xīn)的領域。 VLBI是指射電(diàn)天文(wén)學(xué)中(zhōng)使用(yòng)的一種特定技(jì )術，其中(zhōng)來自天文(wén)射電(diàn)源（黑洞、類星體(tǐ)、脈沖星、恒星形成的星雲等）的信号被結合在一起，以創建它們的結構和活動的詳細圖像。簡單來說,VLBI就是把幾個小(xiǎo)望遠(yuǎn)鏡聯合起來,達到一架大望遠(yuǎn)鏡的觀測效果。前不久，VLBI觀測到了銀河系中(zhōng)心黑洞人馬座A*的首張圖像。
但研究人員指出，經典幹涉測量仍然受到物(wù)理(lǐ)限制的阻礙，包括信息丢失、噪聲，以及所獲得的光通常是量子性質(zhì)的事實。一旦解決這些限制，VLBI可(kě)用(yòng)于更精(jīng)細的天文(wén)測量。
研究人員表示，克服這些限制的關鍵是使用(yòng)像STIRAP這樣的量子通信技(jì )術。STIRAP包括使用(yòng)兩個相幹光脈沖在兩個适用(yòng)的量子态之間傳輸光學(xué)信息。當應用(yòng)于VLBI時，它将允許在量子态之間高效和選擇性地進行布居轉移，而不會受到常見的噪聲或損耗問題的影響。 研究人員提出一種更詳細、更準确的幹涉測量技(jì )術。為(wèi)了模拟大型光學(xué)幹涉儀，必須對光進行相幹收集和處理(lǐ)，他(tā)們建議使用(yòng)量子糾錯來減少這一過程中(zhōng)由于損失和噪聲造成的誤差。
為(wèi)了驗證他(tā)們的理(lǐ)論，研究小(xiǎo)組考慮了兩個相隔很(hěn)長(cháng)距離的設施收集天文(wén)光線(xiàn)的情景。在“編碼器”階段，信号通過STIRAP技(jì )術被捕獲到量子存儲器中(zhōng)，該技(jì )術允許入射光相幹耦合到原子的非輻射狀态。
從天文(wén)光源捕捉到量子狀态的光（消除量子噪聲和信息損失）的能(néng)力，将改變幹涉測量的遊戲規則。此外，這些改進将對天文(wén)學(xué)的其他(tā)領域産(chǎn)生重大影響。它将足夠強大，可(kě)拍攝恒星周圍的小(xiǎo)行星、太陽系的細節、恒星表面的運動學(xué)、吸積盤以及黑洞的潛在細節等。
