Korekcja błędów kwantowych umożliwi korzystanie z teleskopów kwantowych

Naukowcy z Australii i Singapuru pracują nad nową techniką kwantową, która mogłaby ulepszyć optyczne VLBI. Jest znany jako Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP), który umożliwia przesyłanie informacji kwantowych bez strat. Po wdrukowaniu w kod korekcji błędów kwantowych technika ta może umożliwić obserwacje VLBI na wcześniej niedostępnych długościach fal. Po zintegrowaniu z instrumentami nowej generacji technika ta może pozwolić na bardziej szczegółowe badania czarnych dziur, egzoplanet, Układu Słonecznego i powierzchni odległych gwiazd.

Technika interferometryczna polega na łączeniu światła z wielu teleskopów w celu stworzenia obrazów obiektu, które w innym przypadku byłyby zbyt trudne do rozróżnienia. Interferometria bardzo długiej linii bazowej odnosi się do specyficznej techniki stosowanej w radioastronomii, w której sygnały pochodzące z astronomicznego źródła radiowego (czarne dziury, kwazary, pulsary, mgławice gwiazdotwórcze itp.) są łączone w celu stworzenia szczegółowych obrazów ich struktury i aktywności. W ostatnich latach VLBI dostarczyło najbardziej szczegółowych obrazów gwiazd krążących wokół Sagitarrius A* (Sgr A*), SMBH w centrum naszej galaktyki.

W kuchence mikrofalowej możemy już wykonywać interferometrię z dużą linią bazową. Jednak zadanie to staje się bardzo trudne w przypadku częstotliwości optycznych, ponieważ nawet najszybsza elektronika nie może bezpośrednio zmierzyć oscylacji pola elektrycznego na tych częstotliwościach.

Proces, który sobie wyobrażają, obejmowałby spójne sprzężenie światła gwiazd w „ciemne” stany atomowe, które nie promieniują. Następnym krokiem, powiedział Huang, jest sprzężenie światła z kwantową korekcją błędów (QEC), techniką stosowaną w obliczeniach kwantowych do ochrony informacji kwantowych przed błędami spowodowanymi dekoherencją i innym „szumem kwantowym”.

Arxiv – obrazowanie gwiazd z kwantową korekcją błędów.

Połączenie światła z teleskopów na całej planecie umożliwiłoby bezpośrednie obrazowanie planet w innych układach słonecznych. Światło gwiazdy musiałoby być osłonięte, abyśmy mogli dokładnie zobaczyć egzoplanetę.

Trwają prace nad stworzeniem kosmicznych cieni dla dużych teleskopów naziemnych. Inni badacze pracują nad ultralekkim przeprojektowaniem, które będzie można budować lub montować w kosmosie.

Pojawiają się komputery kwantowe z dziesiątkami, a wkrótce setkami, kubitów. Wiele prac badawczych skupiło się na wykorzystaniu tak hałaśliwych urządzeń kwantowych średniej skali (NISQ), aby zademonstrować możliwości przewyższające klasyczne komputery. Tutaj zaproponowaliśmy aplikację dla takiego urządzenia NISQ do obrazowania, gdzie chronimy informacje zakodowane w odebranym świetle gwiazd. W przypadku dominującego typu szumu — dephasingu — pokazujemy, że znaczną przewagę można uzyskać, stosując nawet prosty kod powtórzeń. W przypadku rodzajów szumu (nawet przeciwnego), które uszkadzają do pewnego ułamka kubitów.

Naukowcy zajmujący się teleskopami znajdują próg — 9.4% — dla którego można zachować informacje z kwantowego Fishera. Ten próg jest znacznie mniej rygorystyczny niż ten wymagany do obliczeń kwantowych. W przypadku czystej zmiany fazy mogą tolerować współczynniki błędów do 50%. Oznacza to, że teleskopy z korekcją błędów kwantowych są łatwiejsze niż komputery kwantowe z korekcją błędów.

Przewidują, że wykorzystując teorię obliczeń kwantowych odpornych na uszkodzenia, ich schemat może osiągnąć wysokie QFI nawet przy niedoskonałym działaniu QEC.