Квантовая запутанность объединяет удалённые телескопы для сверхточных космических снимков

Астрономы давно используют длиннобазовую интерферометрию — объединение данных от телескопов, расположенных на больших расстояниях друг от друга, чтобы получить более чёткие изображения звёзд и галактик. Однако классические методы требуют сложных оптических каналов для физического объединения световых сигналов, что ограничивает расстояния и точность.

Учёные из University of Arizona, University of Maryland и NASA Goddard Space Flight Center предложили принципиально новый подход: объединять данные телескопов с помощью квантовой запутанности. Вместо физического соединения световых потоков, телескопы обмениваются информацией через квантовые каналы и классическую связь, используя пространственное разделение мод (spatial mode sorting).

a) Массив из двух телескопов с базовой линией b направлен на две слабо излучающие звезды. Показан фотон звезды, прибывающий в точку А. b) Входящий фотон подается в демультиплексор пространственных мод. Показано возбуждение, происходящее во втором базисе мод и в пятом временном интервале блока времени интегрирования, в котором прибывает примерно один фотон. c) Фотонное состояние загружается в кубиты памяти с помощью вентилей CNOT фотонной памяти, сжатого бинарного кодирования и выполнения измерений X-базиса фотона. d) Запутанные пары, предварительно распределённые между телескопами, помогают выполнить последовательность операций, чтобы определить время прибытия и пространственный индекс моды, что в сочетании с e) результатами измерений X соответствующих атомов памяти приводит к однобитному результату постобработки, эмпирическая вероятность которого по измерениям многих временных блоков, содержащих по одному фотону в каждом, является достаточной статистикой для оценки на пределе точности. Источник: Padilla et al. (PRL, 2026) 📷

Запутанные телескопы могут совместно анализировать свет, извлекая больше информации о тусклых и малых объектах. Это позволяет достигать квантовых пределов разрешения — выше дифракционного и предела Релея, что открывает новые возможности для поиска экзопланет, локализации звёздных скоплений и обнаружения изменений в известных объектах.

В расчётах показано, что технология позволяет проводить любые измерения на коллективном световом потоке, создавая квантовые сети телескопов с беспрецедентной точностью. Метод основан на теоретических работах команды из Канады и Гарвардского университета, но впервые реализован для многотелескопных систем.

Квантовая запутанность и новые методы обработки света могут радикально изменить астрономическую визуализацию. Объединяя телескопы в единую квантовую сеть, учёные смогут получать снимки с детализацией, недоступной классическим технологиям.