Talloze astrofysici en astronomen zijn actief op zoek naar niet-waargenomen hemellichamen in het heelal, omdat het detecteren van deze lichamen ons begrip van de ruimte zou kunnen verbeteren en onbeantwoorde astrofysische vragen zou kunnen helpen beantwoorden. Onder deze ongrijpbare objecten bevinden zich exoplaneten, planeten die om een ​​andere ster dan de zon draaien, dus buiten het zonnestelsel.

Een cruciale uitdaging die de detectie van exoplaneten belemmert, is dat met bestaande methoden, het is moeilijk om een ​​zwakke emissie te zien van een secundaire bron die zich in de buurt van een veel helderdere bron bevindt. Dit beperkt het gebruik van directe beeldvormingstechnieken bij het zoeken naar exoplaneten aanzienlijk.

Onderzoekers van de Universiteit van Sheffield in het Verenigd Koninkrijk en de Macquarie University in Australië hebben onlangs aangetoond dat het mogelijk is om fouten te verminderen bij het detecteren van de aanwezigheid van een zwakke secundaire bron tijdens zoektochten naar exoplaneten, vooral in gevallen waar twee bronnen kleine hoekscheidingen hebben. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , suggereert specifiek dat deze fouten kunnen worden verminderd met behulp van kwantumtoestandsdiscriminatie en kwantumbeeldvormingsmethoden.

"Ons werk is geïnspireerd op recente artikelen over kwantumbeeldvorming met superresolutie, die voor het eerst rigoureus werd gekwantificeerd door Mankei Tsang en zijn collega's van de National University of Singapore, "Zixin Huang, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Deze artikelen toonden aan dat de hoekscheiding van twee onsamenhangende bronnen veel beter kan worden opgelost door kwantumtechnieken te gebruiken (dit is een schattingstaak, waarbij de parameter die we willen meten de hoekscheiding is)."

Het algemene idee achter het onderzoek van Huang en haar collega Cosmo Lupo is dat kwantumtechnieken gebruikmaken van de fase-informatie die in het optische signaal zit. Aangezien deze informatie niet goed wordt benut door directe beeldvormingsmethoden, kwantumtechnieken zouden effectiever kunnen blijken te zijn.

Terwijl de onderzoekers van de Universiteit van Sheffield dit idee voor het eerst overwogen, Huang keek naar een speculatieve documentaire op Netflix genaamd 'Alien Worlds'. De film speculeert over mogelijke levensvormen die op andere planeten zouden kunnen bestaan ​​en onderzoekt hoe ze eruit kunnen zien.

"Tijdens het kijken naar "Alien Worlds, " het kwam tot me dat kwantumtechnieken kunnen worden gebruikt voor een kwantumdiscriminatietaak, zoals uiteindelijk, de detectie van exoplaneten komt erop neer of we het verschil zien tussen één plek en twee plekken aan de hemel, " legde Huang uit. "Met dit in gedachten, we dachten te onderzoeken of een kwantumvoordeel behaald kan worden voor een discriminatietaak. Het blijkt te kunnen!"

Huang en Lupo pasten een bestaand resultaat in de kwantuminformatietheorie toe om de kans op een fout-negatief (d.w.z. wanneer een bestaande planeet wordt gemist door onderzoekers). Een dergelijke foutkans wordt uitgedrukt door een functie die de relatieve entropie wordt genoemd, die ofwel klassiek of kwantum is. Huang en Lupo toonden aan dat de kwantum relatieve entropie veel groter is dan de klassieke.

"Met andere woorden, de informatie is er al in het licht; we hebben eenvoudigweg de ultieme kwantumlimiet berekend over hoe goed je deze taak kunt uitvoeren, Huang zei. "We wilden valse negatieven minimaliseren, omdat planeten zeldzaam zijn, en we zouden veel liever een fout maken door iets te vinden dan het te missen. Met een beetje geluk, we hebben ook de passende meting gevonden die deze foutkansen zou kunnen bereiken."

In de toekomst, de door Huang en Lupo geïntroduceerde methode zou kunnen dienen als een benchmark voor onderzoekers die de effectiviteit van bestaande technieken voor detectie van exoplaneten willen beoordelen. In aanvulling, het zou de ontwikkeling van alternatieve optische beeldvormingstools kunnen inspireren, zowel voor astronomie- als microscopiestudies.

"Onze methode is van toepassing op een breed scala aan golflengten, wat betekent dat de mogelijke toepassingen ook fluorescentiemicroscopie, LIDAR-detectie, en andere beeldvormende technieken, Huang voegde toe. "We werken nu samen met Heriot-Watt University om een ​​proof-of-principle experimentele demonstratie uit te voeren van het voordeel dat in de krant is ontdekt. We zullen ook blijven onderzoeken tot welke capaciteit kwantum kan helpen bij het in beeld brengen van bepaalde astronomische objecten."

Als onderdeel van hun toekomstige werk, Huang en Lupo zijn ook van plan om een ​​grote baseline te ontwerpen, verstrengeling-enabled telescooparrays voor optische beeldvorming. De meeste bestaande coherente telescooparrays zijn gebaseerd op microgolftechnologie. Echter, als de onderzoekers deze in het optische domein konden verplaatsen, ze zouden de resolutie van deze techniek mogelijk met 3 tot 5 ordes van grootte kunnen verhogen.

© 2021 Science X Network