Ovaj novi pristup primjenjiv je na bilo koju vrstu astronomskih promatranja.
Fizičari su primijenili kvantne informacije na problem izravnog promatranja egzoplaneta. Pokazali su da mjerenje u kvantnom graničnom načinu može smanjiti vjerojatnost lažno negativne pogreške, a također su pokazali koja od postojećih metoda za otkrivanje novih egzoplaneta to može postići u praksi.
Otkrivanje novih egzoplaneta novim metodama: Sve što trebate znati
Otkrivanje novih egzoplaneta
Astronomi su relativno nedavno počeli otkrivati egzoplanete i danas je njihov broj oko četiri i pol tisuće. Većina ih se može otkriti tranzitnom fotometrijom, a samo se oko 1 posto može izravno vidjeti. Razlog tome je što je emisija svjetlosti s egzoplaneta slabija od emisije zvijezde pored njih.
Izravna opažanja
Prilikom izravnog promatranja zvjezdanih sustava, njihove se slike prikupljaju u žarišnoj ravnini teleskopa. Zbog granice difrakcije, slika nebeskih tijela pokazuje se zamagljenom, što neizbježno dovodi do pogrešaka, i lažno pozitivnih (vidjeli su planet gdje ga nema) i lažno negativnog (nisu vidjeli planet, iako je tu ). Zbog rijetkosti egzoplaneta pogreške drugog tipa mnogo su kritičnije pa ih astronomi nastoje izbjeći.
Kvantna teorija informacija
Fizičari Zixin Huang sa sveučilišta Macquarie i Cosmo Lupo sa sveučilišta Sheffield odlučili su na ovaj problem primijeniti pristup kvantne teorije informacija. Za osnovu su uzeli parametar ε, koji je jednak omjeru intenziteta svjetlosti raspršene po egzoplaneti prema intenzitetu svjetlosti iz cijelog sustava i pokazali da u granici malog parametra kvantni pristup procjeni pogrešaka imat će prednosti u odnosu na klasični. Autori su također pokazali u kojim vrstama mjerenja se može doseći kvantna granica.
Lažno negativna pogreška
Vjerojatnost lažno negativne pogreške određena je u teoriji informacija kroz relativnu entropiju, izraženu u smislu vjerojatnosti nailaska na foton na ekranu za slučajeve prisutnosti i odsutnosti egzoplanete.
Manja vjerojatnost pogreške
Fizičari su predstavili izračune za klasičnu i kvantnu relativnu entropiju i otkrili da ako je distribucija iz točkastog izvora na ekranu Gaussova (normalna), oni ovise o malim ε na kvadratni i linearni način. U praksi bi to značilo da u slučaju slabog signala s egzoplanete mjerenje koje uzima u obzir kvantnu prirodu svjetlosti ima manju vjerojatnost pogreške.
Pristupi mjerenju
Autori su razmatrali nekoliko mjernih pristupa koji bi mogli doseći kvantnu granicu. Nakon što su izvršili odgovarajuće izračune, pokazali su da je to moguće u načinu prostornog demultipleksiranja (SPADE) i u načinu inverzijske interferometrije (SLIVER).
https://kozmos.hr/nova-vrsta-egzoplaneta-mogla-bi-ubrzati-potragu-za-zivotom-u-svemiru/
Metode
Prva metoda temelji se na razlaganju dolazne svjetlosti u prostorne Hermite-Gaussove načine i izračunavanju vjerojatnosti za svaku od njih. Može se implementirati u interferometre pomoću holografske tehnologije i višemodnih valovoda. Druga metoda procjenjuje utjecaj parametra ε na vjerojatnost dobivanja jednog ili drugog pariteta kada je dolazni signal invertiran. Ovaj način rada može se primijeniti i na interferometarima. U oba slučaja, izmjerena relativna entropija linearno ovisi o ε.
Širenje fotona
Fizičari su također istražili učinak statističkog širenja broja fotona u jednom modu, koji karakterizira klasičnu ravnotežnu svjetlost, na gornje procjene. Pokazalo se da čak i veliki broj fotona u ravnotežnom svjetlu ne povećava značajno grešku.
Slabi optički signali
Štoviše, astronomi se najčešće bave slabim optičkim signalima koji sadrže malo fotona. U tom ograničenju dobiveni izrazi za entropije praktički se podudaraju s formulama koje su autori donijeli na samom početku.
Otkrivanje novih egzoplaneta i identificiranje nebeskih objekata
Istraživači primjećuju da je razvijeni pristup primjenjiv ne samo na astronomska promatranja poput otkrivanja novih egzoplaneta nego općenito na bilo koju klasu problema gdje je potrebno optički riješiti jedan slabi izvor na pozadini drugog jakog. Kao primjer navode potragu za dimerima u mikroskopiji, kao i identifikaciju objekata koji su vrlo blizu jedan drugome.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram-t.me/kozmoshr
Izvori:
• Huang, Z., & Lupo, C. (2021, September 23). Quantum hypothesis testing for exoplanet detection. Physical Review Letters.
• Stephens, M. (2021, September 23). Finding exoplanets with Quantum Imaging. Physics.
