據(jù)澳大利亞麥考瑞大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)研究人員近日發(fā)布在預(yù)印本平臺(tái)arxiv.org上的研究論文，一種被稱為受激拉曼絕熱通道(STIRAP)的新量子技術(shù)可以增強(qiáng)光學(xué)甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI)。這項(xiàng)技術(shù)允許量子信息無(wú)損耗地傳輸，使VLBI探測(cè)到以前無(wú)法看到的波長(zhǎng)。一旦與下一代儀器集成，這項(xiàng)技術(shù)可對(duì)黑洞、系外行星、太陽(yáng)系和遙遠(yuǎn)恒星的表面進(jìn)行更詳細(xì)的研究。

過(guò)去的十年里，系外行星的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，引力波天文學(xué)已經(jīng)成為一個(gè)新的領(lǐng)域，科學(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臺(tái)共享數(shù)據(jù)的能力，與此相關(guān)的干涉測(cè)量學(xué)也取得了進(jìn)步，VLBI科學(xué)正在打開一個(gè)全新的領(lǐng)域。

VLBI是指射電天文學(xué)中使用的一種特定技術(shù)，其中來(lái)自天文射電源(黑洞、類星體、脈沖星、恒星形成的星云等)的信號(hào)被結(jié)合在一起，以創(chuàng)建它們的結(jié)構(gòu)和活動(dòng)的詳細(xì)圖像。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),VLBI就是把幾個(gè)小望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來(lái),達(dá)到一架大望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效果。前不久，VLBI觀測(cè)到了銀河系中心黑洞人馬座A*的首張圖像。

但研究人員指出，經(jīng)典干涉測(cè)量仍然受到物理限制的阻礙，包括信息丟失、噪聲，以及所獲得的光通常是量子性質(zhì)的事實(shí)。一旦解決這些限制，VLBI可用于更精細(xì)的天文測(cè)量。

研究人員表示，克服這些限制的關(guān)鍵是使用像STIRAP這樣的量子通信技術(shù)。STIRAP包括使用兩個(gè)相干光脈沖在兩個(gè)適用的量子態(tài)之間傳輸光學(xué)信息。當(dāng)應(yīng)用于VLBI時(shí)，它將允許在量子態(tài)之間高效和選擇性地進(jìn)行布居轉(zhuǎn)移，而不會(huì)受到常見的噪聲或損耗問(wèn)題的影響。

研究人員提出一種更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的干涉測(cè)量技術(shù)。為了模擬大型光學(xué)干涉儀，必須對(duì)光進(jìn)行相干收集和處理，他們建議使用量子糾錯(cuò)來(lái)減少這一過(guò)程中由于損失和噪聲造成的誤差。

為了驗(yàn)證他們的理論，研究小組考慮了兩個(gè)相隔很長(zhǎng)距離的設(shè)施收集天文光線的情景。在“編碼器”階段，信號(hào)通過(guò)STIRAP技術(shù)被捕獲到量子存儲(chǔ)器中，該技術(shù)允許入射光相干耦合到原子的非輻射狀態(tài)。

從天文光源捕捉到量子狀態(tài)的光(消除量子噪聲和信息損失)的能力，將改變干涉測(cè)量的游戲規(guī)則。此外，這些改進(jìn)將對(duì)天文學(xué)的其他領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。它將足夠強(qiáng)大，可拍攝恒星周圍的小行星、太陽(yáng)系的細(xì)節(jié)、恒星表面的運(yùn)動(dòng)學(xué)、吸積盤以及黑洞的潛在細(xì)節(jié)等。(張佳欣)