Computadores quânticos podem ajudar a melhorar imagens de exoplanetas

Os computadores quânticos podem nos ajudar a ver mais exoplanetas e com mais detalhes.

Os astrónomos descobriram agora milhares de planetas fora do nosso sistema solar, mas na realidade esperam que existam milhares de milhões destes exoplanetas. Identificá-los e estudá-los é uma parte essencial da busca por vida extraterrestre, mas eles estão tão longe da Terra que isso é tecnicamente difícil de fazer.

Johannes Borregard e seus colegas da Universidade de Harvard argumentam que os computadores quânticos poderiam melhorar significativamente o processo.

Para obter imagens de exoplanetas, os investigadores precisam de recolher os sinais de luz que estes planetas emitem, mas esses sinais tendem a enfraquecer ao longo de longas distâncias no espaço. Além disso, o sinal é frequentemente ruidoso ou parcialmente obscurecido pela luz de estrelas próximas.

Borregard disse que seus colegas da NASA o fizeram perceber que o problema poderia ser tão difícil quanto procurar apenas uma partícula de luz, ou fóton, para cada segundo de operação do telescópio.

Esses sinais fracos são difíceis de processar usando métodos tradicionais, mas os computadores quânticos poderiam armazenar os estados quânticos de uma série de fótons recebidos e usar suas propriedades quânticas para extrair informações sobre exoplanetas, diz ele. Desta forma, uma análise que normalmente produz imagens tão desfocadas que os exoplanetas e as suas estrelas são indistinguíveis, ou que os torna como pontos únicos e desfocados, poderia fornecer uma imagem mais clara dos exoplanetas no Universo. Isso poderia permitir que os pesquisadores detectassem impressões digitais de moléculas em exoplanetas baseadas na luz.

Esta é a ideia central do plano de sua equipe: que a luz de um exoplaneta atinja primeiro um dispositivo de computação quântica feito de diamante especialmente projetado. Dispositivos semelhantes já foram testados com sucesso como dispositivos de armazenamento para os estados quânticos dos fótons. Esses estados são então enviados para outro computador quântico mais avançado, que executa algoritmos projetados para extrair as informações necessárias para gerar imagens do exoplaneta. Boregaard e seus colegas modelaram este segundo dispositivo como sendo feito de átomos extremamente frios. Esta é outra tecnologia que se mostrou muito promissora em experimentos recentes.

Os cálculos dos pesquisadores mostraram que o uso de dispositivos quânticos dessa forma poderia criar imagens usando apenas um centésimo, ou mesmo um milésimo, do número de fótons atualmente exigidos pelos métodos convencionais. Em outras palavras, quando a luz é muito fraca, as configurações quânticas podem superar as tecnologias atuais.

“Os fótons seguem as regras da mecânica quântica, por isso é natural e lógico estudar métodos quânticos para detectar e processar luz proveniente de exoplanetas, por exemplo”, afirma. cosmo lobo na Universidade Politécnica de Bari, Itália. Mas transformar a nova proposta em realidade é um desafio complexo, diz ele, exigindo tanto um controlo muito bom sobre o desempenho de cada um dos dois computadores quânticos como uma forma eficaz de os ligar.

Borregard vê a situação de forma semelhante. Ele diz que embora existam trabalhos experimentais promissores que fortalecem a defesa da utilização tanto de computadores baseados em diamantes como de computadores quânticos criogénicos, ligar os dois é algo em que vários grupos de investigação, incluindo os seus colegas, estão actualmente a trabalhar.

Lupo diz que existe outro esquema que tira vantagem da natureza quântica da luz. já em uso A tendência de usar dispositivos quânticos para observar o universo já começou a observar as estrelas da constelação do Cão Menor. “Estou animado para ver como a computação quântica impactará os campos da imagem e da astronomia no futuro”, diz ele. “O novo trabalho é um passo importante nessa direção.”

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