I computer quantistici potrebbero aiutare a rendere più nitide le immagini degli esopianeti

I computer quantistici potrebbero aiutarci a vedere più esopianeti e anche a vederli in modo più dettagliato.

Gli astronomi hanno ora scoperto migliaia di pianeti oltre il nostro sistema solare, ma stimano che in realtà esistano miliardi di tali esopianeti. Identificarli e studiarli è parte integrante della ricerca della vita extraterrestre, ma farlo è tecnicamente impegnativo perché sono così lontani dalla Terra.

Johannes Borregaard L’Università di Harvard e i suoi colleghi sostengono che i computer quantistici potrebbero migliorare significativamente questo processo.

Per fotografare gli esopianeti, i ricercatori devono raccogliere i segnali luminosi che questi pianeti emettono, ma tali segnali si indeboliscono dopo aver percorso lunghe distanze attraverso lo spazio. Inoltre, i segnali sono spesso rumorosi o parzialmente oscurati dalla luce delle stelle vicine.

Borregaard afferma che i suoi colleghi della NASA lo hanno aiutato a capire che il problema potrebbe essere difficile quanto cercare una sola particella di luce, o fotone, per ogni secondo di funzionamento del telescopio.

Secondo lui, segnali così deboli sono difficili da elaborare con i metodi convenzionali, ma un computer quantistico potrebbe memorizzare una serie di stati quantistici dei fotoni in arrivo, quindi sfruttare le loro proprietà quantistiche per estrarre informazioni sugli esopianeti. In questo modo, un’analisi che normalmente risulterebbe in un’immagine così sfocata che un esopianeta non può essere distinto dalla sua stella – o che lo renderebbe come un singolo punto nebuloso – può produrre rappresentazioni nitide dell’esopianeta nello spazio. Potrebbe anche consentire ai ricercatori di rilevare impronte digitali basate sulla luce di molecole sugli esopianeti.

Questa è l’idea alla base del piano del suo team, secondo cui la luce proveniente da un pianeta extrasolare colpirà prima un dispositivo di calcolo quantistico fatto di diamanti appositamente progettati. Dispositivi simili sono già stati testati con successo come dispositivi di memorizzazione per gli stati quantistici dei fotoni. Successivamente, questi stati verranno trasmessi a un secondo computer quantistico, più sofisticato, che eseguirà quindi un algoritmo progettato per estrarre le informazioni necessarie per creare un’immagine dell’esopianeta. Borregaard e i suoi colleghi hanno modellato questo secondo dispositivo partendo da atomi estremamente freddi, un’altra tecnica che si è rivelata molto promettente in recenti esperimenti.

I calcoli dei ricercatori hanno dimostrato che l’utilizzo di dispositivi quantistici in questo modo può creare immagini con solo un centesimo o addirittura un millesimo del numero di fotoni attualmente richiesti dai metodi convenzionali. In altre parole, la configurazione quantistica potrebbe sovraperformare le tecniche esistenti quando c’è pochissima luce.

“I fotoni obbediscono alle leggi della meccanica quantistica. Pertanto, è naturale e logico studiare metodi quantistici per rilevare ed elaborare la luce proveniente, ad esempio, dagli esopianeti.” lupo cosmo Presso il Politecnico di Bari in Italia. Tuttavia, afferma che trasformare la nuova proposta in realtà sarà una sfida complessa e richiederà un controllo molto accurato sulle prestazioni di ciascuno dei due computer quantistici e un modo efficace per collegarli.

Borregaard vede così la situazione. Dice che, sebbene esista un lavoro sperimentale promettente che rafforza l’ipotesi di utilizzare computer quantistici sia a base di diamante che ultrafreddi, collegare i due è qualcosa su cui diversi gruppi di ricerca, compresi i suoi colleghi, stanno attualmente lavorando.

Lupo dice un altro piano per sfruttare la quantità di luce è già stato utilizzato Per osservare una stella nella costellazione del Canis Minor, esiste già la tendenza ad utilizzare strumenti quantistici per le osservazioni spaziali. “Sono entusiasta di vedere come l’informatica quantistica avrà un impatto sui campi dell’imaging e dell’astronomia in futuro”, afferma. “Il nuovo lavoro è un primo passo importante in questa direzione”.

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