Fizyka kwantowa może być tajnym składnikiem do zrozumienia obiektów kosmicznych, których nasze teleskopy nie mogą pokazać nam szczegółowo, albo w ogóle.
Aby zrozumieć przestrzeń, zbieramy i analizujemy światło, które podróżuje od obiektów takich jak gwiazdy do naszych teleskopów, ale to światło nie zawsze podróżuje prosto. Często, gdy przechodzi obok bardzo masywnego obiektu, takiego jak planeta lub czarna dziura, trajektoria światła zginie i tworzy zniekształcone obrazy tak, jakby została dodana dodatkowa soczewka gdzieś po drodze.
Ale co z obiektami, które nie są kosmicznymi ciężkimi wagami i mają względnie małą masę? Tradycyjne metody obrazowania mają trudności z takimi zdarzeniami „mikrosoczewkowania”, ale Zhenning Liu na Uniwersytecie Marylandu i jego koledzy teraz pokazali protokół analizy światła, który uwzględnia jego kwantowość, może działać znacznie lepiej.
Skupili się na wykorzystaniu właściwości kwantowych światła do rozpoznawania masy obiektów powodujących mikrosoczewkowanie. Liu mówi, że badacze mogą powiedzieć, kiedy zdarza się zjawisko mikrosoczewkowania, ponieważ światło staje się jaśniejsze. Pozwala im to wiedzieć, że jest obiekt między nami a źródłem światła, ale jeśli ten obiekt nie jest ogromny, nie mogą wywnioskować jego masy ze właściwości światła, które już mierzą teleskopy. Do takich obiektów mogą należeć małe, izolowane czarne dziury i nawet niektóre planety-łotrzyki.
Ale światło składa się z fotonów, które są cząstkami kwantowymi, więc informacje o ich podróży w kierunku Ziemi również zostają zakodowane w ich właściwościach kwantowych. Warto zauważyć, że gdy foton ma możliwość wybrania wielu różnych ścieżek w okół obiektu, z których każda wymaga innego czasu podróży, to różnica zmienia właściwości kwantowe fotonu. Ponieważ cząstki kwantowe czasami zachowują się jak fale, te fotony mogą efektywnie wybierać obie ścieżki wokół obiektu jednocześnie, jak fala wody napotykająca na skałę. Protokół zespołu doskonale radzi sobie z wydobywaniem różnicy czasu między dwiema ścieżkami, która może być przetłumaczona na masę obiektu.
Liu mówi, że planeta lub czarna dziura tworząca mikrosoczewkowanie nie musiałaby być niewidoczna we wszystkich pozostałych obserwacjach. Ale te metody mogą wymagać zbierania znacznie więcej światła, co jest równoznaczne z koniecznością budowania coraz większych teleskopów. Podejście kwantowe zadziałałoby z relativnie niewielką ilością fotonów.
Na przykład analiza matematyczna zespołu pokazała, że protokół dobrze sprawdzałby się dla gwiazd w galaktycznym jądrowym wypukleniu, części Drogi Mlecznej, gdzie wcześniej odkryto ciemne obiekty poprzez badania soczewkowania grawitacyjnego. Ponieważ nowy protokół nie wymaga pełnowymiarowego komputera kwantowego i można go zastosować z bardziej standardowymi urządzeniami do przechwytywania i analizy jednego fotonu jednocześnie połączone z tradycyjnymi komputerami, istnieje także szansa, że będzie testowany w praktyce w ciągu kilku lat.
Daniel Oi na Uniwersytecie w Strathclyde w Wielkiej Brytanii mówi, że podejście kwantowe oferuje wykładnicze usprawnienie w możliwości wydobycia informacji o opóźnieniu czasowym ze światła, zaletę, którą porównuje do świętego Graala technologii kwantowej. Oi mówi, że technologie kwantowe są naturalnym wyborem dla słabych sygnałów astronomicznych, jak małe ilości fotonów, ponieważ teoria kwantowa jest źródłem wielu ograniczeń dotyczących tego, jak precyzyjnie można coś zmierzyć w fizyce.
