在浩瀚的宇宙中，詳細(xì)觀察黑洞如何吞噬一顆恒星，是一個(gè)看似不可能的任務(wù)，但在不久的將來或許就能實(shí)現(xiàn)。澳大利亞國立大學(xué)（The Australian National University）副教授馬修?塞拉斯 （Matthew Silas）團(tuán)隊(duì)提出，希望利用各地之間的望遠(yuǎn)鏡傳送光子，再通過目前正準(zhǔn)備開發(fā)的量子存儲(chǔ)設(shè)備（量子 U 盤）進(jìn)行光學(xué)干擾或合并來創(chuàng)造更高分辨的宇宙圖像。

理論上，建造規(guī)模更寬的鏡面就可以看到更清晰的宇宙圖像，因此天文學(xué)家不斷研發(fā)更大更寬的天文望遠(yuǎn)鏡，希望借此洞察到更多的宇宙細(xì)節(jié)。不過，洛厄爾天文臺(tái)（Lowell Observatory）的天文學(xué)家麗莎?普拉托（Lisa Prato）對此表示：“我們不會(huì)建 10 米的單孔徑望遠(yuǎn)鏡。那太瘋狂了！未來的重點(diǎn)將是干涉儀” 。

距離代表鏡像，跟地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡

其實(shí)，射電天文學(xué)科學(xué)家研究干涉測量已有幾十年之久。2019 年人類史上第一張黑洞照片誕生，其距離地球 5500 萬光年，黑洞照片就是通過同步世界各地的望遠(yuǎn)鏡信號(hào)制造而成。

這些望遠(yuǎn)鏡由南極、智利、墨西哥、法國、美國、西班牙等 8 處獨(dú)立的天文望遠(yuǎn)鏡組成觀測列陣，天文望遠(yuǎn)鏡們橫跨地球 7000 公里左右，望遠(yuǎn)鏡的點(diǎn)與點(diǎn)列陣直徑與地球直徑相差無幾，它們彼此串聯(lián)起來時(shí)，彼此之間的距離就像望遠(yuǎn)鏡的鏡面一樣，這也是為何 “事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）” 被稱為 “跟地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡”。

把光保存到望遠(yuǎn)鏡里

因?yàn)闊o線電波波長較大，所以相對易于排列。每個(gè)獨(dú)立的望遠(yuǎn)鏡可將自己精確存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過無線電波彼此縫合在一起。但是對于光學(xué)干涉來說，這要困難許多。

由于可見光波長僅在數(shù)百納米，所以它們抵達(dá)不同望遠(yuǎn)鏡的時(shí)間將更難把將更難把握。另外，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡如何將粒子信號(hào)保存到普通硬盤中還不丟失干涉測量中的重要信息，也是目前科學(xué)團(tuán)隊(duì)研究的方向。

在早前 2019 年，就有天文學(xué)家通過將光纖與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡彼此串聯(lián)進(jìn)行管理，此方法導(dǎo)致對戲外系行星的首次直接觀測，但該方法極其費(fèi)力并且昂貴。加州光學(xué)干涉陣列 CHARA 陣列的負(fù)責(zé)人西奧?布魯梅拉爾（Theo Brummelaar）說道，“如果有一種用某種量子裝置在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡上記錄光子事件的方法，那對探索宇宙將大有收益?！?/p>

在已知的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光子穿過兩條縫隙在另一側(cè)會(huì)進(jìn)行自身干涉?？茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)希望利用望遠(yuǎn)鏡傳送光子，再通過目前正準(zhǔn)備開發(fā)的量子存儲(chǔ)設(shè)備（量子 U 盤）進(jìn)行光學(xué)干擾或合并來創(chuàng)造更高分辨的宇宙圖像。

楊氏雙縫干涉

在 arXiv 論文預(yù)印本平臺(tái)中，馬修?塞拉斯提議，利用量子 U 盤進(jìn)行光學(xué)干涉測量。該提議的原理可追溯到 19 世紀(jì)英國物理學(xué)家托馬斯?楊（Thomas Young）的一場著名實(shí)驗(yàn)，當(dāng)光線穿過隔板上兩條緊密分開的縫隙，映射到后面的是規(guī)則且明亮的帶狀圖像。托馬斯?楊認(rèn)為，出現(xiàn)這種干涉圖像是因?yàn)楣獠ㄍㄟ^裂縫相互抵消，并在不同的位置相加，故此該實(shí)驗(yàn)被稱為楊氏雙縫干涉。在后來的研究中，量子物理科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果一次向縫隙發(fā)射一個(gè)光子，雙縫干涉圖像仍會(huì)存在。但是，如果監(jiān)視每個(gè)光子通過那個(gè)縫隙，干涉圖像就會(huì)消失?？梢姡Ｗ又挥性诓槐桓蓴_的情況下才呈波狀。

科學(xué)家提出，如果把兩條縫隙換成兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡。浩瀚宇宙的單個(gè)光子射向地球時(shí)，它很可能會(huì)撞到任何一個(gè)望遠(yuǎn)鏡（縫隙）。在實(shí)驗(yàn)這點(diǎn)之前（參照楊氏雙縫），光子是同時(shí)一起加入兩者的波。

對此，科學(xué)家建議在望遠(yuǎn)鏡上植入量子 U 盤，該 U 盤可以記錄和存儲(chǔ)射入光子的波狀態(tài)而不干擾它們。過段時(shí)間后，再把 U 盤運(yùn)輸?shù)綍?huì)干擾信號(hào)以創(chuàng)建高清晰高分辨圖像的地方。

用 U 盤保存量子數(shù)據(jù)

值得一提的是，前不久，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、周宗權(quán)研究組，演示了將光子數(shù)據(jù)保存到類似（量子 U 盤）設(shè)備中，然后再讀取出來。周宗權(quán)說：“看到量子信息技術(shù)對天文學(xué)很有用，這真是令人激動(dòng)和驚奇。” 今年 4 月，該成果發(fā)表于《自然?通訊》（Nature Communications）。

不過也有不同聲音，來自哈佛大學(xué)的量子學(xué)專家米哈伊爾?盧金（Mikhail Lukin）說：“如果想要這些技術(shù)變得更加實(shí)際，它們需要一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)”。米哈伊爾?盧金表示，通過量子互聯(lián)網(wǎng)之間傳送光子而不干擾其狀態(tài)，而不是用物理方式運(yùn)輸量子 U 盤。

對此，本次提案者之一的悉尼大學(xué)的巴塞洛繆（Bartholomew）則認(rèn)為：“我們有充分的理由對量子 U 盤持樂觀態(tài)度。我認(rèn)為，在未來五到十年內(nèi)，將會(huì)看到試驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)際用在真正的天文資源上。相比之下，量子互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)離現(xiàn)實(shí)還有幾十年”。

原文標(biāo)題：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)把光子存入U(xiǎn)盤，創(chuàng)造高分辨率的宇宙圖像

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