Cómo construir un telescopio asistido por teletransportación

Los grandes telescopios están de moda; mejor porque recogen más luz y producen imágenes de mayor resolución. El telescopio óptico más grande actualmente es el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias, que tiene un espejo primario con un diámetro de 10,4 metros.

Esto pronto será eclipsado por el Extremely Large Telescope actualmente en construcción en Chile, que, cuando se encienda en 2024, tendrá un espejo primario de casi 40 metros de diámetro. También habrá costado alrededor de $ 1 mil millones para construir.

Pero hay una forma más económica de hacer telescopios más grandes: construir una serie de telescopios más pequeños y combinar la luz de ellos con un interferómetro. El más poderoso de ellos es CHARA, que está situado en el Monte Wilson en California. CHARA consta de seis telescopios de un metro separados de manera que les da una resolución equivalente a un espejo de 330 metros.

Esto produce imágenes de resolución mucho más alta que cualquier telescopio convencional. En 2013, CHARA tomó las primeras imágenes de manchas estelares en la superficie de otro sol, Zeta Andromedae, a unos 180 años luz de aquí.

Pero hay un problema con las matrices ópticas gigantes. La luz recolectada en cada telescopio debe alimentarse a un interferómetro central que combina los fotones para crear una imagen. Sin embargo, los fotones se pierden inevitablemente en el proceso de transmisión y esto limita severamente el rendimiento de la imagen.

Como resultado, CHARA y otras matrices similares solo pueden obtener imágenes de estrellas brillantes. Y las perspectivas de construir arreglos más grandes parecen sombrías.

Ingrese a Emil Khabiboulline y sus colegas de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, quienes hoy muestran cómo las extrañas leyes de la mecánica cuántica pueden ayudar a resolver este problema. Dicen que los telescopios asistidos por cuántica podrían aumentar significativamente el tamaño máximo de estos conjuntos y la resolución de las imágenes que pueden producir.

Primero, algunos antecedentes. Los físicos saben desde hace mucho tiempo que las partículas cuánticas creadas en el mismo punto del universo comparten la misma existencia. Esto crea una conexión entre ellos que sobrevive incluso cuando están separados por grandes distancias. Esta conexión se llama entrelazamiento y los físicos ya la han explotado para enviar información cuántica a través del espacio y para teletransportar partículas cuánticas de un lugar a otro.

La teletransportación comienza con un par de partículas entrelazadas, llámelas A y B. Cuando una de este par, A, interactúa con una tercera partícula, la información cuántica de esta tercera partícula se transmite a través del enlace entrelazado a la partícula B, que toma su identidad.

Es como si la tercera partícula hubiera viajado de un lugar a otro sin pasar por el espacio intermedio. Por eso los físicos lo llaman teletransportación.

Es este proceso de teletransportación el que explotarán los telescopios asistidos cuánticamente. La idea, propuesta por primera vez en 2011, es crear un flujo constante de pares entrelazados. Uno de los dos reside en el telescopio, mientras que el otro viaja al interferómetro central.

Cuando llega un fotón de una estrella distante, interactúa con una de este par y es inmediatamente teletransportado al interferómetro, donde puede crear una imagen. De esta forma, se puede crear una imagen sin las pérdidas que normalmente limitan el rendimiento.

Cuando esta idea se propuso por primera vez en 2011, los físicos se dieron cuenta de inmediato de que requeriría una gran cantidad de pares entrelazados, uno para cada fotón entrante. Eso está en la región de 1011 por segundo en CHARA y órdenes de magnitud más de lo que es posible con la tecnología actual.

Debido a esto, la idea de usar telescopios asistidos por teletransporte ha languidecido. Hasta ahora.

El gran avance que han logrado Khabiboulline y sus colegas es descubrir cómo se puede comprimir y almacenar la información cuántica de la luz de las estrellas y cómo esto reduce drásticamente la cantidad de entrelazamiento requerido. La tasa necesaria de distribución de entrelazamiento se reduce en varios órdenes de magnitud, lo que abre perspectivas realistas para emplear redes cuánticas a corto plazo para imágenes de alta resolución, dicen.

La tecnología que hace esto posible es la memoria cuántica. Estos son dispositivos que pueden almacenar un estado cuántico y luego transmitirlo. [Esto produce] una reducción exponencial en el consumo de recursos entrelazados, en comparación con los esquemas sin memoria, dicen.

Recientemente, los físicos han logrado avances significativos en el desarrollo de memorias cuánticas, impulsados ​​por la idea de que estos dispositivos habilitarán tecnologías como Internet cuántica. Los telescopios cuánticos son significativamente más exigentes debido a la tasa requerida de partículas entrelazadas. Pero Khabiboulline y sus colegas dicen que ahora esto parece más práctico.

Es un trabajo interesante que abre un enfoque completamente nuevo para las imágenes astronómicas. La sugerencia es que hará posible una matriz con una línea de base en la región de 30 kilómetros. Eso aumentará significativamente la resolución de las imágenes.

Pero, en principio, debería ser posible construir matrices que sean aún significativamente más grandes, tal vez incluso del diámetro de la Tierra. Esa es una perspectiva emocionante para los astrónomos del futuro.

Ref: arxiv.org/abs/1809.03396 : Conjuntos de telescopios asistidos cuánticamente

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