תיקון שגיאות קוונטי יכול לעזור לאסטרונומים לצלם כוכבים

החלל אינו סטודיו: כאשר חוקרים כוכבים, לאסטרונומים אין שליטה על העצמים שהם מנסים לצלם. במקום זאת, הם מסתמכים על שיפורים בטלסקופים וטכניקות ניתוח כדי ליצור תמונות ברזולוציה גבוהה יותר מכל אור שהם מקבלים, קלוש או רועש ככל שיהיה. כעת, צוות של מדענים הציע דרך להשתמש בתיקון שגיאות קוונטי כדי להילחם ברעש באור הכוכבים שנלכד על ידי טלסקופים. לדברי הצוות, אפילו פרוטוקולי תיקון השגיאות הפשוטים ביותר הפועלים על מכשירים קוונטיים לטווח הקרוב יכולים להציע יתרון משמעותי להדמיה אסטרונומית.

רזולוציית הדמיה מוגבלת בדרך כלל על ידי עקיפה. טכניקות חישה קוונטיות יכולות לעבור את הגבול הזה אם ניתן לתמרן או להאיר את האובייקט המצולם, אך הדבר אינו אפשרי באסטרונומיה. עם זאת, חוקרים מאוניברסיטת Macquarie באוסטרליה והאוניברסיטה הלאומית של סינגפור (NUS) מצאו פתרון עוקף: הם הראו שתיקון שגיאות קוונטי יכול להגן על אור כוכבים שנלכד שביר מפני השפלה על ידי אינטראקציות לא רצויות עם הסביבה שלו.

אליס ובוב משכתבים את הכוכבים

הרעיון מאחורי השיטה המוצעת של הצוות הוא שמידע הנישא על ידי אור הכוכבים יכול להתפזר על פני מערכת קוונטית גדולה במה שנקרא קוד מתקן שגיאות. ואז גם אם בחלקים מסוימים של המערכת יש שגיאות, ניתן לשחזר את המידע הנכון מכל השאר.

כדי להבין איך הטכניקה החדשה עובדת, דמיינו שני אסטרונומים, אליס ובוב. לשניהם יש טלסקופים, ואם הם רוצים להפיק תמונה ברורה יותר ממה שאפשר מכל טלסקופ בנפרד, הם יכולים לשלב את האור שהם אוספים בשיטה הנקראת התערבות אופטית. באופן עקרוני, ככל שהטלסקופים מרוחקים זה מזה, כך רזולוציית התמונה שהם יכולים להשיג במשותף גדולה יותר. עם זאת, בפועל, רעש והפסדי שידור פוגעים באיכות האותות של אליס ובוב, ומגבילים את מרחק המרחק מהטלסקופים שלהם.

צוות Macquarie-NUS מציע שטכנולוגיות קוונטיות יכולות לעקוף את ההגבלה הזו על ידי החלפת הקישור הפיזי (בדרך כלל סיב אופטי) בין אתרי טלסקופ בקיוביטים מסובכים. קוויביטים הם מערכות המאחסנות מידע קוונטי, וכאשר הם מסתבכים, המצבים של מערכות אלו חולקים מתאמים חזקים מאלה המותרים במערכות קלאסיות. כאשר אליס ובוב מקבלים אור בטלסקופים שלהם, אינטראקציה בין אור לחומר מעבירה מידע מהאור למצב יציב של הקיוביטים שלהם. לאחר מכן, כל אחד מהם מיישם פעולות מתאימות על הקיוביטים המאחסנים את מידע אור הכוכבים. מכיוון שהקיוביטים שלהם מסתבכים, המידע נהיה מאוחסן בקוד מתקן שגיאות קוונטי בתוך הסט הגדול יותר של שני הקיוביטים שלהם.

"המצב שנוצר המשותף לאליס ובוב הוא כעת המקבילה לאור הכוכבים שנכנס", מסביר זישין הואנג, המחבר הראשי של מאמר ב- מכתבי סקירה פיזית על המחקר. מכיוון שהמצב הכולל של אור הכוכבים משותף בצורה מוגנת על פני הקיוביטים של אליס ובוב, הוא חסון לרעשים מהסביבה. על ידי ביצוע מדידות ספציפיות, אליס ובוב יכולים לזהות ולאחר מכן לתקן כל שגיאה בקווביטים שלהם לפני שהם משחזרים את מידע אור הכוכבים, שבו הם משתמשים כדי לבנות את התמונה שלהם.

ניסויים ברזולוציית על באופק

החוקרים הראו כי טכניקת תיקון שגיאות קוונטית זו להדמיה מועילה אפילו עם מכשירים קוונטיים לטווח קצר על ידי חקירת אחד מהפרוטוקולים הפשוטים ביותר לתיקון שגיאות. בפרוטוקול זה, מידע אור הכוכבים מאוחסן בקבוצות של שלושה קיוביטים זהים. זה ידוע כקוד החזרה מכיוון שההגנה מפני שגיאות מגיעה מחזרה מילולית של מידע שלוש פעמים. בעוד שקודים גדולים יותר מספקים הגנה טובה יותר, אפילו קוד קטן זה סיפק הגנה שימושית מפני סוג השגיאה הדומיננטי. יתר על כן, בניגוד למחשוב קוונטי, הדורש שיעורי שגיאה של הרבה פחות מ-1%, הפרוטוקול להדמיה יכול לסבול שיעורי שגיאה של עד 50% באמצעות קוד החזרה בלבד. הדמיה "ברזולוציה על" מעבר לגבול העקיפה היא אפוא מקרה שימוש בלתי צפוי בטווח הקצר עבור התקנים קוונטיים רועשים, אם כי עדיין נותרו אתגרים טכנולוגיים לפני שמדענים יכולים ליישם את החלקים השונים של הפרוטוקול.

תיקון שגיאות קוונטי עורך את הופעת הבכורה שלו בשדה אפס-מגנטי

מכיוון שהמסגרת של החוקרים מאפשרת ליישם טכניקות תיקון שגיאות קוונטיות על כל משימת הדמיה שבה הנסיין אינו מסוגל להכין את האובייקט, היישומים שלו יכולים להתרחב מעבר לאסטרונומיה. "יישום פוטנציאלי אחד שחלקנו שוקלים הוא במגנטומטריה, שם אנו משתמשים בתיקון שגיאות קוונטי כדי לשפר את הביצועים של חיישנים קוונטיים עבור חישת שדה מגנטי", מסביר Yingkai Ouyang, עמית מחקר בכיר ב-NUS שהיה מעורב בעבודה. "אנחנו גם עובדים עם ניסויים כדי ליישם את הפרוטוקולים הקודמים שלנו להדמיה ברזולוציית על בטלסקופים אמיתיים."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/