Koreksi kesalahan kuantum dapat membantu para astronom mencitrakan bintang

Ruang bukanlah studio: saat mempelajari bintang, astronom tidak memiliki kendali atas objek yang mereka coba gambar. Sebaliknya, mereka mengandalkan peningkatan teleskop dan teknik analisis untuk membuat gambar beresolusi lebih tinggi dari cahaya apa pun yang mereka terima, betapapun redup atau berisiknya. Sekarang, tim ilmuwan telah mengusulkan cara menggunakan koreksi kesalahan kuantum untuk memerangi kebisingan dalam cahaya bintang yang ditangkap oleh teleskop. Menurut tim, bahkan protokol koreksi kesalahan paling sederhana yang dijalankan pada perangkat kuantum jangka pendek dapat menawarkan keuntungan yang signifikan untuk pencitraan astronomi.

Resolusi pencitraan biasanya dibatasi oleh difraksi. Teknik penginderaan kuantum dapat melampaui batas ini jika objek yang dicitrakan dapat dimanipulasi atau diterangi, tetapi hal ini tidak mungkin dilakukan dalam astronomi. Namun, para peneliti di Macquarie University di Australia dan National University of Singapore (NUS) telah menemukan solusi: mereka menunjukkan bahwa koreksi kesalahan kuantum dapat melindungi cahaya bintang yang ditangkap dari degradasi oleh interaksi yang tidak diinginkan dengan lingkungannya.

Alice dan Bob menulis ulang bintang-bintang

Gagasan di balik metode yang diusulkan tim ini adalah bahwa informasi yang dibawa oleh cahaya bintang dapat disebarkan ke sistem kuantum besar dalam apa yang disebut kode koreksi kesalahan. Kemudian bahkan jika beberapa bagian dari sistem mengalami kesalahan, informasi yang benar dapat direkonstruksi dari bagian lainnya.

Untuk memahami cara kerja teknik baru, bayangkan dua astronom, Alice dan Bob. Keduanya memiliki teleskop, dan jika mereka ingin menghasilkan gambar yang lebih jelas daripada yang mungkin dari masing-masing teleskop secara individual, mereka dapat menggabungkan cahaya yang mereka kumpulkan menggunakan metode yang disebut interferometri optik. Pada prinsipnya, semakin jauh teleskop mereka, semakin besar resolusi gambar yang dapat mereka capai bersama. Namun, dalam praktiknya, gangguan kebisingan dan transmisi menurunkan kualitas sinyal Alice dan Bob, sehingga membatasi jarak teleskop mereka.

Tim Macquarie-NUS mengusulkan bahwa teknologi kuantum dapat melewati batasan ini dengan mengganti tautan fisik (biasanya serat optik) antara situs teleskop dengan qubit yang terjerat. Qubit adalah sistem yang menyimpan informasi kuantum, dan ketika terjerat, status sistem ini berbagi korelasi yang lebih kuat daripada yang diperbolehkan dalam sistem klasik. Ketika Alice dan Bob menerima cahaya di teleskop mereka, interaksi materi cahaya mentransfer informasi dari cahaya ke keadaan stabil qubit mereka. Kemudian mereka masing-masing menerapkan operasi yang sesuai ke qubit yang menyimpan informasi cahaya bintang. Karena qubit mereka terjerat, informasi disimpan dalam kode koreksi kesalahan kuantum dalam kumpulan yang lebih besar dari kedua qubit mereka.

“Kondisi yang dihasilkan yang dibagikan oleh Alice dan Bob sekarang … setara dengan cahaya bintang yang masuk,” jelas Zixin Huang, penulis utama makalah di Physical Review Letters pada penelitian. Karena keadaan keseluruhan cahaya bintang dibagikan dalam bentuk terproteksi di seluruh qubit Alice dan Bob, ia kuat terhadap derau dari lingkungan. Dengan melakukan pengukuran tertentu, Alice dan Bob dapat mendeteksi dan kemudian memperbaiki kesalahan apa pun pada qubit mereka sebelum mengambil informasi cahaya bintang, yang kemudian mereka gunakan untuk membuat gambar mereka.

Eksperimen super-resolusi di cakrawala

Para peneliti menunjukkan bahwa teknik koreksi kesalahan kuantum untuk pencitraan ini sangat membantu bahkan dengan perangkat kuantum jangka pendek dengan menyelidiki salah satu protokol koreksi kesalahan yang paling sederhana. Dalam protokol ini, informasi cahaya bintang disimpan dalam kumpulan tiga qubit identik. Ini dikenal sebagai kode pengulangan karena perlindungan terhadap kesalahan berasal dari pengulangan informasi sebanyak tiga kali. Sementara kode yang lebih besar memberikan perlindungan yang lebih baik, bahkan kode kecil ini memberikan perlindungan yang berguna terhadap jenis kesalahan yang dominan. Selain itu, tidak seperti komputasi kuantum, yang membutuhkan tingkat kesalahan kurang dari 1%, protokol untuk pencitraan dapat mentolerir tingkat kesalahan hingga 50% hanya dengan menggunakan kode pengulangan. Pencitraan "resolusi super" di luar batas difraksi oleh karena itu merupakan kasus penggunaan jangka pendek yang tidak terduga untuk perangkat kuantum yang berisik, meskipun tantangan teknologi tetap ada sebelum para ilmuwan dapat mengimplementasikan berbagai bagian protokol.

Koreksi kesalahan kuantum membuat debut medan magnet nol

Karena kerangka kerja para peneliti memungkinkan teknik koreksi kesalahan kuantum diterapkan pada tugas pencitraan apa pun di mana pelaku eksperimen tidak dapat menyiapkan objek, penerapannya dapat melampaui astronomi. “Salah satu aplikasi potensial yang sebagian dari kami pertimbangkan adalah dalam magnetometri, di mana kami menggunakan koreksi kesalahan kuantum untuk meningkatkan kinerja sensor kuantum untuk penginderaan medan magnet,” jelas Yingkai Ouyang, peneliti senior di NUS yang terlibat dalam pekerjaan tersebut. “Kami juga bekerja dengan para peneliti untuk mengimplementasikan protokol kami sebelumnya untuk pencitraan resolusi super ke teleskop nyata.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/