يمكن أن يساعد تصحيح الخطأ الكمومي علماء الفلك في تصوير النجوم

الفضاء ليس استوديوًا: عند دراسة النجوم ، لا يتحكم علماء الفلك في الأشياء التي يحاولون تصويرها. بدلاً من ذلك ، يعتمدون على تحسينات التلسكوبات وتقنيات التحليل لإنشاء صور عالية الدقة من أي ضوء يتلقونه ، مهما كان باهتًا أو صاخبًا. الآن ، اقترح فريق من العلماء طريقة لاستخدام تصحيح الخطأ الكمومي لمكافحة الضوضاء في ضوء النجوم الذي تلتقطه التلسكوبات. وفقًا للفريق ، حتى أبسط بروتوكولات تصحيح الأخطاء التي تعمل على الأجهزة الكمومية على المدى القريب يمكن أن توفر ميزة كبيرة للتصوير الفلكي.

دقة التصوير عادة محدودة بسبب الانعراج. يمكن لتقنيات الاستشعار الكمي أن تتجاوز هذا الحد إذا كان من الممكن معالجة الجسم المصور أو إضاءةه ، لكن هذا غير ممكن في علم الفلك. توصل الباحثون في جامعة ماكواري في أستراليا وجامعة سنغافورة الوطنية (NUS) إلى حل بديل: لقد أظهروا أن تصحيح الخطأ الكمومي يمكن أن يحمي ضوء النجوم الملتقط الهش من التدهور بسبب التفاعلات غير المرغوب فيها مع بيئته.

أعاد بوب وأليس كتابة النجوم

الفكرة وراء الطريقة التي اقترحها الفريق هي أن المعلومات التي يحملها ضوء النجوم يمكن أن تنتشر عبر نظام كمي كبير فيما يسمى برمز تصحيح الخطأ. ثم حتى إذا كانت بعض أجزاء النظام بها أخطاء ، فيمكن إعادة بناء المعلومات الصحيحة من الباقي.

لفهم كيفية عمل التقنية الجديدة ، تخيل عالمين فلكين ، أليس وبوب. كلاهما له تلسكوبات ، وإذا أرادوا إنتاج صورة أوضح مما هو ممكن من كل تلسكوب على حدة ، فيمكنهم الجمع بين الضوء الذي يجمعونه باستخدام طريقة تسمى قياس التداخل البصري. من حيث المبدأ ، كلما كانت تلسكوباتهم متباعدة ، زادت دقة الصورة التي يمكنهم تحقيقها بشكل مشترك. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، تؤدي خسائر الضوضاء والإرسال إلى تدهور جودة إشارات أليس وبوب ، مما يحد من مدى تباعد تلسكوباتهما.

يقترح فريق Macquarie-NUS أن التقنيات الكمومية يمكنها تجاوز هذا التقييد عن طريق استبدال الرابط المادي (عادةً الألياف الضوئية) بين مواقع التلسكوب بكيوبتات متشابكة. Qubits هي أنظمة تخزن المعلومات الكمية ، وعندما تتشابك حالات هذه الأنظمة تشترك في الارتباطات التي تكون أقوى من تلك المسموح بها في الأنظمة الكلاسيكية. عندما تتلقى أليس وبوب الضوء في تلسكوباتهما ، ينقل تفاعل المادة الضوئية المعلومات من الضوء إلى الحالة المستقرة للكيوبتات الخاصة بهما. ثم يقوم كل منهم بتطبيق العمليات المناسبة على الكيوبتات التي تخزن معلومات ضوء النجوم. نظرًا لأن الكيوبتات الخاصة بهم متشابكة ، يتم تخزين المعلومات في كود تصحيح الأخطاء الكمومية ضمن مجموعة أكبر من كل من الكيوبتات الخاصة بهم.

يوضح Zixin Huang ، المؤلف الرئيسي لورقة بحثية في استعراض للحروف البدنية في البحث. نظرًا لأن الحالة العامة لضوء النجوم تتم مشاركتها في شكل محمي عبر كيوبت Alice و Bob ، فهي قوية للضوضاء من البيئة. من خلال إجراء قياسات محددة ، يمكن لأليس وبوب اكتشاف أي أخطاء على الكيوبتات الخاصة بهم ثم تصحيحها قبل أن يستردوا معلومات ضوء النجوم ، والتي يستخدمونها بعد ذلك لبناء صورتهم.

تجارب فائقة الدقة في الأفق

أظهر الباحثون أن تقنية تصحيح الخطأ الكمومي هذه للتصوير مفيدة حتى مع الأجهزة الكمومية على المدى القريب من خلال التحقيق في أحد أبسط بروتوكولات تصحيح الأخطاء. في هذا البروتوكول ، يتم تخزين معلومات Starlight في مجموعات من ثلاثة كيوبتات متطابقة. يُعرف هذا باسم رمز التكرار لأن الحماية من الأخطاء تأتي من تكرار المعلومات حرفيًا ثلاث مرات. بينما توفر الرموز الأكبر حماية أفضل ، حتى هذا الرمز الصغير يوفر حماية مفيدة ضد نوع الخطأ السائد. علاوة على ذلك ، على عكس الحوسبة الكمومية ، التي تتطلب معدلات خطأ أقل بكثير من 1٪ ، يمكن لبروتوكول التصوير أن يتحمل معدلات خطأ تصل إلى 50٪ باستخدام رمز التكرار فقط. وبالتالي ، فإن التصوير "فائق الدقة" الذي يتجاوز حد الانعراج هو حالة استخدام غير متوقعة على المدى القريب للأجهزة الكمومية المزعجة ، على الرغم من استمرار التحديات التكنولوجية قبل أن يتمكن العلماء من تنفيذ الأجزاء المختلفة من البروتوكول.

تصحيح الخطأ الكمي يجعل مجاله المغنطيسي الصفري لاول مرة

نظرًا لأن إطار عمل الباحثين يمكّن من تطبيق تقنيات تصحيح الخطأ الكمومي على أي مهمة تصوير حيث لا يكون المجرب قادرًا على تحضير الكائن ، يمكن أن تمتد تطبيقاته إلى ما هو أبعد من علم الفلك. يوضح Yingkai Ouyang ، وهو باحث أول في NUS والذي شارك في العمل: "أحد التطبيقات المحتملة التي يفكر فيها البعض منا هو القياس المغناطيسي ، حيث نستخدم تصحيح الخطأ الكمومي لتحسين أداء أجهزة الاستشعار الكمومية لاستشعار المجال المغناطيسي". "نحن نعمل أيضًا مع التجريبيين لتنفيذ بروتوكولاتنا السابقة للتصوير فائق الدقة على التلسكوبات الحقيقية."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/