पिछली कुछ शताब्दियों में दूरबीनों ने एक लंबा सफर तय किया है। गैलीलियो गैलीली और जोहान्स केप्लर जैसे खगोलविदों द्वारा निर्मित तुलनात्मक रूप से मामूली उपकरणों से, टेलीस्कोप बड़े पैमाने पर उपकरण बन गए हैं, जिन्हें उन्हें चलाने के लिए एक संपूर्ण सुविधा और उन्हें चलाने के लिए कंप्यूटर का एक पूरा चालक दल और नेटवर्क की आवश्यकता होती है। और आने वाले वर्षों में, बहुत बड़ी वेधशालाओं का निर्माण किया जाएगा जो और भी अधिक कर सकती हैं।
दुर्भाग्य से, बड़े और बड़े उपकरणों के प्रति इस प्रवृत्ति में कई कमियां हैं। शुरुआत के लिए, तेजी से बड़ी वेधशालाओं के लिए या तो तेजी से बड़े दर्पण या कई दूरबीनों को एक साथ काम करने की आवश्यकता होती है - जो दोनों महंगी संभावनाएं हैं। सौभाग्य से, MIT की एक टीम ने क्वांटम-टेलीपोर्टेशन के साथ इंटरफेरोमेट्री के संयोजन का प्रस्ताव दिया है, जो बड़े दर्पणों पर भरोसा किए बिना सरणियों के संकल्प को काफी बढ़ा सकता है।
इसे सरलता से कहने के लिए, इंटरफेरोमेट्री एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें प्रकाश को कई छोटी दूरबीनों द्वारा प्राप्त किया जाता है और फिर संयुक्त रूप से उन छवियों के पुनर्निर्माण के लिए जो उन्हें देखा गया है। इस प्रक्रिया का उपयोग चिली में वेरी लार्ज टेलीस्कोप इंटरफेरोमीटर (वीएलटीआई) और कैलिफोर्निया में सेंटर फॉर हाई-एंगुलर रिजॉल्यूशन एस्ट्रोनॉमी (सीएचआरए) जैसी सुविधाओं के लिए किया जाता है।
पूर्व चार 8.2 मीटर (27 फीट) मुख्य दर्पणों और चार चल 1.8 मीटर (5.9 फीट) सहायक दूरबीनों पर निर्भर करता है - जो इसे 140 मीटर (460 फीट) दर्पण के बराबर एक संकल्प देता है - जबकि बाद वाला छह एक मीटर पर निर्भर करता है टेलिस्कोप, जो इसे 330-मीटर (1083 फीट) दर्पण के बराबर एक रिज़ॉल्यूशन देता है। संक्षेप में, इंटरफेरोमेट्री टेलीस्कोप सरणियों को उच्च-रिज़ॉल्यूशन की छवियों का उत्पादन करने की अनुमति देती है, अन्यथा संभव नहीं है।
कमियों में से एक यह है कि ट्रांसमिशन प्रक्रिया के दौरान फोटॉन अनिवार्य रूप से खो जाते हैं। परिणामस्वरूप, VLTI और CHARA जैसे सरणियों का उपयोग केवल चमकीले तारों को देखने के लिए किया जा सकता है, और इसकी भरपाई के लिए बड़े सरणियों का निर्माण करना एक बार फिर से लागत का मुद्दा उठाता है। योहानेस बोररेगार्ड के रूप में - कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के क्वांटम थ्योरी के गणित (QMATH) के एक पोस्टडॉक्टरल साथी और कागज पर एक सह-लेखक - ईमेल के माध्यम से अंतरिक्ष पत्रिका को बताया:
“खगोलीय इमेजिंग की एक चुनौती अच्छा संकल्प प्राप्त करना है। रिज़ॉल्यूशन इस बात का एक माप है कि आप कितनी छोटी विशेषताएँ हैं जो आप इमेज कर सकते हैं और यह अंततः आपके द्वारा एकत्रित किए जा रहे प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और आपके उपकरण के आकार (रेले लिमिट) के बीच के अनुपात से निर्धारित होती है। टेलीस्कोप एक विशालकाय तंत्र के रूप में कार्य करता है और जितना बड़ा आप सरणी को उतना बेहतर संकल्प बनाते हैं। "
लेकिन निश्चित रूप से, यह बहुत अधिक लागत पर आता है। उदाहरण के लिए, एक्सट्रीमली लार्ज टेलीस्कोप, जो वर्तमान में चिली में अटाकामा रेगिस्तान में बनाया जा रहा है, दुनिया का सबसे बड़ा ऑप्टिकल और निकट अवरक्त दूरबीन होगा। जब पहली बार 2012 में प्रस्तावित किया गया था, तो ईएसओ ने संकेत दिया कि 2012 की कीमतों के आधार पर इस परियोजना की लागत लगभग 1 बिलियन यूरो (1.12 बिलियन डॉलर) होगी। मुद्रास्फीति के लिए समायोजित, जो 2018 में $ 1.23 बिलियन तक काम करती है, और 2024 तक लगभग 1.47 बिलियन (3% की मुद्रास्फीति दर मानकर) जब निर्माण पूरा होने वाला है।
"इसके अलावा, खगोलीय स्रोत अक्सर ऑप्टिकल शासन में बहुत उज्ज्वल नहीं होते हैं," बोरेगार्ड ने कहा। "जबकि पूर्व से निपटने के लिए कई शास्त्रीय स्थिरीकरण तकनीक मौजूद हैं, बाद वाले को एक बुनियादी समस्या है कि टेलीस्कोप सरणियों को आम तौर पर कैसे संचालित किया जाता है। स्थानीय रूप से प्रत्येक दूरबीन में प्रकाश को रिकॉर्ड करने की मानक तकनीक के परिणामस्वरूप कमजोर प्रकाश स्रोतों के लिए काम करने के लिए बहुत अधिक शोर होता है। नतीजतन, सभी वर्तमान ऑप्टिकल टेलीस्कोप सरणियां एक एकल माप स्टेशन पर सीधे विभिन्न दूरबीनों से प्रकाश को मिलाकर काम करती हैं। भुगतान की कीमत माप स्टेशन तक संचरण में प्रकाश की क्षीणन है। यह नुकसान ऑप्टिकल शासन में बहुत बड़ी दूरबीन सरणियों के निर्माण के लिए एक गंभीर सीमा है (वर्तमान ऑप्टिकल सरणियों के आकार अधिकतम। ~ 300 मीटर) और अंततः प्रभावी स्थिरीकरण तकनीक के लागू होने के बाद संकल्प को सीमित कर देगा। "
इसके लिए, हार्वर्ड टीम - जिसका नेतृत्व हार्वर्ड के भौतिकी विभाग के स्नातक छात्र एमिल खाबीबोलीन ने किया था - जो क्वांटम टेलीपोर्टेशन पर निर्भर है। क्वांटम भौतिकी में, टेलीपोर्टेशन उस प्रक्रिया का वर्णन करता है जहां कणों के गुणों को क्वांटम उलझाव के माध्यम से एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुंचाया जाता है। यह, जैसा कि बोरगार्ड बताते हैं, सामान्य इंटरफेरोमीटर के साथ हुए नुकसान के बिना छवियों को बनाने की अनुमति देगा:
“एक प्रमुख अवलोकन यह है कि क्वांटम यांत्रिकी की एक संपत्ति, उलझाव, हमें क्वांटम टेलीपोर्टेशन नामक एक प्रक्रिया में, भौतिक रूप से इसे प्रसारित किए बिना एक स्थान से दूसरे स्थान पर एक क्वांटम राज्य भेजने की अनुमति देता है। यहां, टेलीस्कोप से प्रकाश को माप स्टेशन के लिए "टेलीपोर्ट" किया जा सकता है, जिससे सभी ट्रांसमिशन नुकसान को कम किया जा सकता है। यह तकनीक सिद्धांत रूप में अन्य चुनौतियों जैसे स्थिरीकरण से निपटने के लिए मनमाने आकार के सरणियों की अनुमति देती है। ”
जब क्वांटम-असिस्टेड टेलिस्कोप के लिए उपयोग किया जाता है, तो यह विचार उलझी हुई जोड़ियों की एक निरंतर धारा बनाने का होगा। जबकि युग्मित कणों में से एक टेलीस्कोप में रहता है, दूसरा केंद्रीय इंटरफेरोमीटर की यात्रा करेगा। जब एक फोटॉन एक दूर के तारे से आता है, तो वह इस जोड़े में से एक के साथ बातचीत करेगा और छवि बनाने के लिए तुरंत इंटरफेरोमीटर पर टेलीपोर्ट हो जाएगा।
इस पद्धति का उपयोग करके, छवियों को सामान्य इंटरफेरोमीटर के साथ हुए नुकसान के साथ बनाया जा सकता है। यह विचार पहली बार 2011 में गोट्समैन, जेनेविन, और क्रोक ऑफ वाटरलू द्वारा सुझाया गया था। उस समय, वे और अन्य शोधकर्ता समझ गए थे कि इस अवधारणा को प्रत्येक आने वाले फोटॉन के लिए एक उलझी हुई जोड़ी बनाने की आवश्यकता होगी, जो कि प्रति सेकंड खरबों के जोड़े के क्रम पर है।
तत्कालीन तकनीकी का उपयोग करके यह संभव नहीं था; लेकिन क्वांटम कंप्यूटिंग और भंडारण में हाल के घटनाक्रमों के लिए धन्यवाद, अब यह संभव हो सकता है। जैसा कि बोरेगार्ड ने संकेत दिया था:
"[W]ई आउटलाइन कैसे प्रकाश को क्वांटम सूचना को संरक्षित करने वाली छोटी मात्रा की यादों में संकुचित किया जा सकता है। इस तरह की क्वांटम यादें उन परमाणुओं से मिलकर बन सकती हैं जो प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। एक परमाणु में एक प्रकाश पल्स की क्वांटम स्थिति को स्थानांतरित करने की तकनीक पहले ही प्रयोगों में कई बार प्रदर्शित की जा चुकी है। स्मृति में संपीड़न के परिणामस्वरूप, हम स्मृतिहीन योजनाओं की तुलना में काफी कम उलझे हुए जोड़े का उपयोग करते हैं, जैसे कि गोटेसियस एट अल। उदाहरण के लिए, 10 गीगाहर्ट्ज़ के परिमाण 10 और माप बैंडविड्थ के स्टार के लिए, हमारी योजना के लिए पहले 10 गीगाहर्ट्ज़ के बजाय 20-qubit मेमोरी का उपयोग करके ~ 200 kHz के उलझाव दर की आवश्यकता होती है। इस तरह की स्पेसिफिकेशन्स मौजूदा तकनीक के साथ संभव हैं और फेनर स्टार्स का परिणाम केवल थोड़ी बड़ी यादों के साथ और भी बड़ी बचत होगी। ”
जब यह खगोलीय इमेजिंग की बात आती है तो यह विधि कुछ नए अवसरों को जन्म दे सकती है। एक के लिए, यह नाटकीय रूप से छवियों के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाएगा, और शायद 30 किमी दर्पण के बराबर संकल्पों को प्राप्त करने के लिए सरणियों के लिए संभव बनाता है। इसके अलावा, यह खगोलविदों को सूक्ष्म इमेजिंग स्तर तक संकल्पों के साथ प्रत्यक्ष इमेजिंग तकनीक का उपयोग करके एक्सोप्लैनेट्स का पता लगाने और अध्ययन करने की अनुमति दे सकता है।
"वर्तमान रिकॉर्ड मिलि-आर्सेकंड के आसपास है," बोरेगार्ड ने कहा। "संकल्प में इस तरह की वृद्धि से खगोलविदों को कई उपन्यास खगोलीय सीमाओं का उपयोग करने की अनुमति मिलेगी, जो ग्रह प्रणालियों की विशेषताओं का निर्धारण करने से लेकर सिफेइड्स का अध्ययन करने और बायनेरिज़ का आदान-प्रदान करने तक ... खगोलीय दूरबीन डिजाइनरों के लिए हमारी योजना, अंतरिक्ष में कार्यान्वयन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल होगी।" जहां स्थिरीकरण एक मुद्दे से कम है। 10 ^ 4 किलोमीटर के पैमाने पर एक अंतरिक्ष-आधारित ऑप्टिकल टेलीस्कोप वास्तव में बहुत शक्तिशाली होगा। ”
आने वाले दशकों में, कई अगली पीढ़ी के अंतरिक्ष और ग्राउंड-आधारित वेधशालाओं का निर्माण या तैनात किया जाना तय है। पहले से ही, इन उपकरणों से बहुत अधिक संकल्प और क्षमता की पेशकश की उम्मीद है। क्वांटम-असिस्टेड तकनीक को शामिल करने के साथ, ये वेधशालाएं डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के रहस्यों को सुलझाने में सक्षम हो सकती हैं और अद्भुत विस्तार से अतिरिक्त सौर ग्रहों का अध्ययन कर सकती हैं।
टीम का अध्ययन, "क्वांटम-असिस्टेड टेलीस्कोप एरर्स", हाल ही में ऑनलाइन दिखाई दिया। खबीबौलीन और बोरेगार्ड के अलावा, अध्ययन को क्रिस्टियनन डी ग्रेव (एक हार्वर्ड पोस्टडॉक्टोरल साथी) और मिखाइल लुकिन - हार्वर्ड के भौतिकी के प्रोफेसर और हार्वर्ड की क्वांटम ऑप्टिक्स प्रयोगशाला में ल्यूकिन समूह के प्रमुख द्वारा सह-लेखक किया गया था।
