Астрономи досягли безпрецедентної чіткості космічних спостережень за допомогою квантових технологій

Астрономи з Аризонського університету, Університету Меріленду та Центру космічних польотів NASA God­dard запропонували новий метод отримання надвисокої роздільної здатності космічних зображень за допомогою квантової заплутаності. Розробка дозволяє подолати обмеження класичної інтерферометрії, де світло від різних телескопів потрібно фізично поєднувати, і відкриває шлях до створення чіткіших зображень далеких об’єктів.

Дослідження очолює доктор Саікат Гуха, директор Центру квантових мереж. Його команда поєднала квантову інформаційну теорію та квантову оптику, створивши систему, де телескопи обмінюються квантовими станами через спеціальні пам’яті. Це дозволяє виконувати вимірювання світла від зірок і галактик без фізичного транспортування фотонів.

(a) Двохтелескопна матриця базової лінії b спрямована на дві слабко випромінюючі зірки з кутовим рознесенням 2θ. Показано фотон зірки, що надходить на місце A. (b) Вхідний фотон подається в просторовий демультиплексор (SPADE). Показано, що збудження відбувається в другій моді і в п’ятому часовому інтервалі блоку інтеграційного часу, в який надходить приблизно один фотон. © Фотонний стан завантажується в квантові біти пам’яті за допомогою фотонних CNOT-врат, стисненого бінарного кодування та виконання вимірювань на основі X на фотоні. (г) Заплутані пари, попередньо розподілені між телескопічними майданчиками, допомагають виконувати послідовність операцій, що виявляють час прибуття та індекс просторового режиму, що в поєднанні з (д) результатами вимірювання X відповідних атомів пам’яті дає однобітний результат після обробки, емпірична ймовірність якого за вимірюваннями багатьох часових блоків, що містять по одному фотону, є достатньою статистикою для оцінки θ з точністю, що відповідає вимогам QFI. Джерело: Padil­la et al. (PRL, 2026).

Традиційна довгобазова інтерферометрія ускладнюється зі збільшенням відстані між телескопами. Новий метод усуває цю проблему: масив телескопів може працювати як єдиний інструмент із діаметром, рівним відстані між ними, забезпечуючи роздільну здатність, недосяжну для класичних систем.

Технічна схема включає фотонні демультиплексори, квантові CNOT‑операції для завантаження станів у пам’ять та статистичну обробку результатів. Це дозволяє досягти точності на межі квантової інформаційної теорії, відкриваючи можливість розрізняти об’єкти, які раніше вважалися нероздільними.

За словами авторів, технологія може застосовуватися для пошуку екзопланет, локалізації зоряних кластерів, моніторингу змін у відомих об’єктах та підвищення точності космічної розвідки. У перспективі квантові мережі телескопів здатні забезпечити якість зображень, недосяжну для сучасних систем, і стати основою нового покоління астрономічних спостережень.