新量子技术能更清楚地看到黑洞

根据澳大利亚麦考瑞大学和新加坡国立大学的研究人员最近在预印本平台arxiv.org上发表的一篇研究论文，一种称为受激拉曼绝热通道(STIRAP)的新量子技术可以增强光学甚长基线干涉测量术(VLBI)。这项技术允许量子信息无损传输，使VLBI能够探测到以前看不到的波长。一旦与下一代仪器集成，这项技术可以更详细地研究黑洞、系外行星、太阳系和遥远恒星的表面。

在过去的十年里，对系外行星的研究取得了巨大的进展，引力波天文学成为了一个新的领域，科学家们捕捉到了第一批超大质量黑洞的图像。得益于高灵敏度的仪器和世界各地天文台共享数据的能力，相关的干涉测量技术也取得了进展，VLBI科学正在开辟一个新的领域。

VLBI是指射电天文学中使用的一种特定技术，其中来自天文射电源(黑洞、类星体、脉冲星、恒星形成的星云等)的信号。)被组合以创建它们的结构和活动的详细图像。简单来说，VLBI就是把几个小望远镜组合起来，达到一个大望远镜的观测效果。不久前，VLBI观测到银河系中心黑洞人马座A*的首张图像。

然而，研究人员指出，经典干涉测量法仍然受到物理限制的阻碍，包括信息损失、噪声以及获得的光通常是量子性质的。一旦这些限制得到解决，VLBI就可以用于更精细的天文测量。

研究人员表示，克服这些限制的关键是使用像STIRAP这样的量子通信技术。STIRAP涉及使用两个相干光脉冲在两个可应用的量子态之间传输光学信息。当应用于VLBI时，它将允许量子态之间有效和选择性的粒子数转移，而不受常见噪声或损耗问题的影响。

研究人员提出了一种更详细、更精确的干涉测量技术。为了模拟一个大型的光学干涉仪，必须对光进行相干采集和处理。他们建议用量子纠错来减少这个过程中损耗和噪声带来的误差。

为了测试他们的理论，研究小组考虑了在相距很远的两个设施中收集天文光线的情况。在“编码器”阶段，信号被STIRAP技术捕获到量子存储器中，该技术允许入射光相干耦合到原子的非辐射态。

从天文光源中捕获量子态光(消除量子噪声和信息损失)的能力将改变干涉测量的游戏规则。此外，这些改进将对天文学的其他领域产生重大影响。它将足够强大，可以拍摄恒星周围的小行星、太阳系的细节、恒星表面的运动学、吸积盘和黑洞的潜在细节。