Квантовый трюк поможет найти вторую Землю
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Землеподобная экзопланета в 100 миллионов — 10 миллиардов раз тусклее своей звезды. Из-за этого её свет полностью теряется в сиянии звезды, если объекты находятся ближе определённого расстояния — предела Рэлея. Об этом рассказывает издание Phys.org.
Группа учёных из Университета Ханянг в Южной Корее под руководством Хёнсу Чоя предложила решение. Они объединили мощные компьютерные алгоритмы с квантовой физикой. В квантовой механике фотоны несут не только информацию о яркости, но и о форме волны — так называемое spatial-mode measurement. Если сортировать фотоны по волновым паттернам до того, как они попадут на детектор, можно извлечь дополнительные данные, недоступные обычным камерам.
Чтобы система работала в реальном времени, авторы внедрили в ПО непрерывную обратную связь. Алгоритм использует логарифмическую шкалу для отслеживания экстремальной разницы в яркости планеты и звезды. Затем он вычисляет симметричную логарифмическую производную, которая подсказывает сортировщику фотонов, как перенастроиться. Вместо того чтобы полагаться на предположения человека о числе планет, учёные применили статистический байесовский информационный критерий.
Исследователи протестировали алгоритм на симулированной системе из одной звезды и двух планет. Одна планета была в 10 000 раз тусклее звезды, другая — в 100 миллионов раз. Обе находились в пределах предела Рэлея. В ходе симуляции методом Монте-Карло алгоритм правильно определил количество объектов (три) в 72,5% случаев. Когда система работала верно, она определяла положение планет с точностью до одного пикселя. Истинную яркость сверхтусклой планеты ей удавалось оценить с точностью до фактора 2 в 99,7% случаев — при условии правильной оценки числа объектов.
Симуляция с искусственными помехами, имитирующими разъюстировку телескопа, снизила успех до 71,3%. Реальные телескопы содержат множество других источников шума, и пока неясно, справится ли алгоритм с ними. Однако новая система способна находить планеты в 100 миллионов раз тусклее звезды — колоссальный скачок по сравнению с современными квантовыми системами, которые работают с контрастом всего 1 к 1000.
Пока это лишь компьютерное моделирование. Но оно задаёт чёткое направление для разработчиков аппаратуры. Физические реализации обычно отстают от теории, но создание такой системы — лишь вопрос времени.
