Una nueva técnica cuántica podría revolucionar la astronomía y cambiar nuestra forma de estudiar el universo
La ciencia ha avanzado mucho en este siglo, logrando mapear con precisión cientos de miles de millones de estrellas, descubrir miles de exoplanetas y hasta fotografiar lo invisible ¡dos imágenes de agujeros negros! Todo apunta a un gran progreso con el perfeccionamiento de los métodos tradicionales, aunque hay ciertas limitaciones físicas que ponen restricciones. Ahora, una nueva investigación dice que una nueva técnica cuántica podría derribar las barreras y revolucionar la astronomía.
El desarrollo de interferómetros ópticos de alta resolución y gran línea de base revolucionaría la obtención de imágenes astronómicas. Ya lo está haciendo, una prueba de ello son las primeras imágenes de agujeros negros supermasivos, que se logra gracias a instrumentos altamente sensibles y a la capacidad de compartir y combinar datos de observatorios de todo el mundo.
La interferometría, que consiste en combinar la luz que reciben diferentes observatorios para formar una imagen. Es un campo prometedor, aunque los científicos se dieron cuenta que tiene ciertas limitaciones. Las técnicas clásicas se ven obstaculizadas por limitaciones físicas como las pérdidas, el ruido y el hecho de que la luz recibida es generalmente de naturaleza cuántica.
Una reciente investigación dirigida por Zixin Huang, investigadora postdoctoral del Centro de Sistemas Cuánticos de Ingeniería (EQuS) de la Universidad Macquarie de Sidney (Australia). Propone una nueva técnica cuántica para mejorar la interferometría óptica. Los investigadores lo llaman Paso Adiabático Raman Estimulado (STIRAP), que permite transferir información cuántica sin pérdidas.
«Nosotros mostramos cómo superar estos problemas utilizando técnicas de comunicación cuántica. Presentamos un marco general para el uso de códigos cuánticos de corrección de errores para la protección y la obtención de imágenes de la luz estelar recibida en sitios de telescopios distantes», escriben los autores en su artículo. «En nuestro esquema, el estado cuántico de la luz se captura de forma coherente en un estado atómico no radiativo a través del Paso Adiabático Raman Estimulado, que luego se imprime en un código de corrección de errores cuántico».
Durante el proceso, el código protege la señal de las operaciones potencialmente ruidosas necesarias para extraer los parámetros de la imagen. Los autores afirman que incluso un código cuántico de corrección de errores pequeño puede ofrecer una protección significativa contra el ruido.
«Los actuales sistemas de imagen de gran base operan en la banda de microondas del espectro electromagnético. Para llevar a cabo la interferometría óptica, es necesario que todas las partes del interferómetro sean estables en una fracción de longitud de onda de la luz, para que ésta pueda interferir», dijo el Dr. Huang a Universe Today por correo electrónico.
La clave de STIRAP consiste en utilizar dos pulsos de luz coherentes para transferir información óptica entre dos estados cuánticos aplicables. De esta forma, la transferencia de datos será enormemente eficiente, sin los problemas de ruido ni pérdida de información. ¡Esto permitiría observar mejor a objetos técnicamente invisibles como agujeros negros!
Este esquema representa una aplicación para los dispositivos cuánticos a corto plazo que pueden aumentar la resolución de las imágenes más allá de lo que es factible utilizando técnicas clásicas, explican los autores. Sin lugar a duda, de aprovecharse esta nueva técnica significaría una revolución total a la forma en que estudiamos el universo.
Puedes leer la investigación completa aquí.
