Enormes redes de telescópios interconectados podem se deparar com problemas de nitidez de imagem que a física clássica não consegue lidar. A contabilização das propriedades quânticas da luz das estrelas pode permitir que os astrônomos superem essas restrições.

Computadores quânticos que podem detectar seus próprios erros podem tornar possível a construção de enormes telescópios do tamanho de um planeta. A abordagem permitiria aos astrônomos superar as restrições dos telescópios atuais para visualizar claramente objetos distantes no espaço.

Os astrônomos que tentam obter imagens de estrelas e planetas distantes estão à mercê de qualquer luz fraca que atinja seus telescópios. Eles podem aumentar a resolução usando conjuntos de telescópios interconectados chamados interferômetros astronômicos. No entanto, para obter imagens nítidas de alguns dos objetos mais distantes, essas matrizes teriam que se estender por milhares de quilômetros e, nesse tamanho, as técnicas de nitidez de imagem baseadas na física clássica não funcionam mais.

Os astrônomos muitas vezes podem ignorar a quantidade da luz, mas quando tão pouco dela chega ao telescópio, suas partículas não se comportam mais da maneira clássica, diz Daniel Gottesman, da Universidade de Maryland, que não esteve envolvido no projeto. “Isso significa que essa luz é realmente quântica, não há como contornar isso”, diz ele.

Zixin Huang, da Universidade Macquarie, na Austrália, e seus colegas descobriram agora que os métodos quânticos podem permitir que grandes interferômetros lidem com a luz que chega efetivamente um fóton por vez e resolva imagens difusas. A abordagem empresta uma técnica originalmente desenvolvida para comunicação entre computadores quânticos.

À medida que as partículas de luz das estrelas entram nos telescópios, elas seriam gravadas em uma versão quântica de um disco rígido composto de átomos especialmente preparados. Suas energias e tempos de chegada resultariam na mudança dos átomos do disco rígido para um estado diferente.

A luz da mesma estrela atingindo o interferômetro seria emaranhada mecanicamente quântica. Isso significa que os telescópios individuais podem efetivamente atuar como um grande telescópio sem perder nenhum dado quando conversam entre si para criar uma imagem.

Para processar essas informações, os cientistas usariam computadores quânticos programados para encontrar e corrigir seus próprios erros durante a computação. Sem isso, o processo ficaria vulnerável a falhas e erros que afetariam a imagem final.

A equipe de Huang é a primeira a propor o uso desses computadores quânticos de autocorreção para astronomia e a análise mostra que eles poderiam produzir imagens nítidas mesmo se mais de 10% dos dados da luz das estrelas sucumbissem a falhas.

Graças à mecânica quântica, um telescópio gigante usando o método da equipe poderia ter uma resolução milhares de vezes maior do que qualquer interferômetro existente ou planejado.

Este é um exemplo de uso da tecnologia quântica para uma tarefa em que uma contraparte clássica simplesmente não existe e oferece uma maneira de contornar uma limitação clássica, diz Emil Khabiboulline, da Universidade de Harvard.

Muitos dos componentes necessários para construir um telescópio com o novo sistema já foram testados individualmente, mas alguns obstáculos permanecem, como garantir que não seja muito caro para telescópios distantes em uma matriz trocar informações quânticas. “Há muitos outros desafios que precisam ser resolvidos para um dispositivo do tamanho de um planeta, mas este é um bom primeiro passo”, diz Huang.

Uma abordagem semelhante pode ser usada para ajudar a ver mais longe no espaço e descobrir detalhes anteriormente inacessíveis. Huang já está estudando como melhorar nossa compreensão dos sinais que vêm da água ou do hidrogênio em planetas fora do sistema solar, que podem ser indicadores de vida.

Referência: arXiv, arxiv.org/abs/2204.06044

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