量子誤差補正は、天文学者が星を画像化するのに役立つ可能性があります

宇宙はスタジオではありません。星を研究するとき、天文学者はイメージしようとしている物体を制御できません。 代わりに、彼らは望遠鏡の改良と分析技術に依存して、どんなにかすかな光やノイズの多い光からでも、より解像度の高い画像を作成します。 現在、科学者チームは、望遠鏡で捉えた星明かりのノイズと戦うために、量子エラー訂正を使用する方法を提案しています。 チームによると、近い将来の量子デバイスで実行される最も単純なエラー修正プロトコルでさえ、天文イメージングに大きな利点をもたらす可能性があります。

イメージングの解像度は通常、回折によって制限されます。 画像化されたオブジェクトを操作または照明できる場合、量子センシング技術はこの限界を超えることができますが、これは天文学では不可能です。 しかし、オーストラリアのマッコーリー大学とシンガポール国立大学 (NUS) の研究者は、回避策を見つけました。彼らは、量子エラー補正が、壊れやすい捕獲された星の光が、その環境との望ましくない相互作用によって劣化するのを防ぐことができることを示しました。

アリスとボブは星を書き直します

チームが提案した方法の背後にあるアイデアは、星の光によって運ばれる情報が、いわゆるエラー訂正コードで大規模な量子システムに分散される可能性があるというものです。 これにより、システムの一部にエラーがあったとしても、残りの部分から正しい情報を再構築できます。

新しい手法がどのように機能するかを理解するために、XNUMX 人の天文学者、アリスとボブを想像してみてください。 どちらも望遠鏡を備えており、それぞれの望遠鏡で個別に撮影できるよりも鮮明な画像を生成したい場合は、光学干渉法と呼ばれる方法を使用して収集した光を組み合わせることができます。 原則として、望遠鏡が離れているほど、共同で達成できる画像の解像度が高くなります。 ただし、実際には、ノイズと伝送損失により、アリスとボブの信号の品質が低下し、望遠鏡の距離が制限されます。

Macquarie-NUS チームは、望遠鏡サイト間の物理リンク (通常は光ファイバー) をエンタングルド キュービットに置き換えることで、量子技術がこの制限を回避できると提案しています。 量子ビットは、量子情報を保存するシステムであり、絡み合うと、これらのシステムの状態は、従来のシステムで許可されているものよりも強い相関関係を共有します。 アリスとボブが望遠鏡で光を受け取ると、光と物質の相互作用によって情報が光から量子ビットの安定状態に転送されます。 次に、スターライト情報を格納するキュービットにそれぞれ適切な操作を適用します。 それらの量子ビットは絡み合っているため、情報は両方の量子ビットのより大きなセット内の量子誤り訂正コードに格納されます。

「アリスとボブによって共有された結果の状態は、今では…入った星明かりに相当します」と、論文の筆頭著者であるZixin Huangは説明しています Physical Review Lettersに 研究について. スターライトの全体的な状態は、アリスとボブのキュービット間で保護された形式で共有されるため、環境からのノイズに対して堅牢です。 特定の測定を実行することで、アリスとボブは、星明かりの情報を取得する前に、量子ビットのエラーを検出して修正し、それを使用して画像を構築できます。

地平線上の超解像実験

研究者らは、最も単純なエラー修正プロトコルの 1 つを調査することにより、イメージングのためのこの量子エラー修正技術が短期的な量子デバイスでも役立つことを示しました。 このプロトコルでは、スターライト情報は 50 つの同一の量子ビットのセットに格納されます。 これは、エラーに対する保護が情報を文字通り XNUMX 回繰り返すことから得られるため、繰り返しコードとして知られています。 より大きなコードはより優れた保護を提供しますが、この小さなコードでさえ、主要なタイプのエラーに対して有用な保護を提供しました。 さらに、XNUMX% をはるかに下回るエラー率を必要とする量子コンピューティングとは異なり、イメージングのプロトコルは、反復コードだけを使用して最大 XNUMX% のエラー率を許容できます。 したがって、科学者がプロトコルのさまざまな部分を実装する前に技術的な課題が残っていますが、回折限界を超える「超解像」イメージングは​​、ノイズの多い量子デバイスの予想外の近い将来のユースケースです。

量子誤り訂正がゼロ磁場デビュー

研究者のフレームワークにより、実験者が物体を準備できないあらゆる画像処理タスクに量子エラー修正技術を適用できるため、その応用は天文学を超えて広がる可能性があります。 「私たちの一部が検討している潜在的なアプリケーションの XNUMX つは、磁力測定です。ここでは、量子誤差補正を使用して、磁場センシング用の量子センサーのパフォーマンスを向上させます」と、NUS の上級研究員である Yingkai Ouyang 氏は説明しています。 「また、実験者と協力して、超解像イメージングのための以前のプロトコルを実際の望遠鏡に実装しています。」

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• Platoblockchain。 Web3メタバースインテリジェンス。 知識の増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/