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量子にヒントを得たアルゴリズムは、隠れた宇宙物体を明らかにするのに役立つ可能性がある

銀河団は重力レンズを生成し、周囲の光を曲げますNASA、ESA、マイケル・グラダース (シカゴ大学);謝辞: ジュディ・シュミット 量子物理学は、望遠鏡では詳細に、あるいはまったく見ることができない宇宙の天体を理解するための秘密の要素である可能性があります。 宇宙を理解するために、私たちは星などの物体から望遠鏡に伝わる光を収集して分析しますが、その光は常に直線的に進むとは限りません。多くの場合、惑星やブラック ホールなどの非常に巨大な物体を通過するときに、光の軌道が曲がり、途中のどこかに追加のレンズが追加されたかのように、歪んだ画像が作成されます。 しかし、宇宙の重量級ではなく、比較的質量が小さい天体はどうなるでしょうか?従来のイメージング手法は、このような「マイクロレンズ」現象に対処するのが困難でしたが、メリーランド大学の Zhenning Liu 氏とその同僚らは、光の量子性を考慮して光を分析するプロトコルを使用すれば、はるかに優れた効果を発揮できる可能性があることを示しました。 彼らは、光の量子特性を活用して、マイクロレンズ現象を引き起こす物体の質量を識別することに焦点を当てました。リュー氏は、光が明るくなるため、研究者はマイクロレンズ現象がいつ起こるかを知ることができると述べた。これにより、彼らは私たちと光源の間に物体があることを知ることができますが、その物体が巨大でない場合、望遠鏡がすでに測定している光の特性からその質量を推測することはできません。このような天体には、孤立した小さなブラック ホールや、いくつかの不正惑星が含まれる可能性があります。 しかし、光は量子粒子である光子から作られるため、地球に向かう光の旅に関する情報も量子特性にエンコードされます。特に、光子が物体の周りの複数の異なる経路をたどるオプションを持ち、それぞれに異なる移動時間が必要な場合、その違いによって光子の量子特性が変化します。量子粒子は波のように振る舞うことがあるため、水の波が岩にぶつかるように、これらの光子は効果的に物体の周りの両方の経路を同時に通過することができます。チームのプロトコルは、両方の経路間の時間差を抽出することに優れており、それを物体の質量に変換できます。 リュー氏は、マイクロレンズ現象を引き起こす惑星やブラックホールは、他のすべての観測では必ずしも見えないとは限らないと言う。しかし、これらの方法では、より多くの光を集める必要がある可能性があり、これはさらに大きな望遠鏡を構築する必要があることと同じです。量子アプローチは比較的少数の光子で機能します。 たとえば、彼のチームの数学的分析は、このプロトコルが、重力レンズの研究を通じて暗黒天体が以前に発見されている天の川銀河の一部である銀河バルジ内の星に対してうまく機能することを示した。新しいプロトコルは本格的な量子コンピューターを必要とせず、従来のコンピューターと組み合わせて一度に1つの光子を捕捉して分析するより標準的なデバイスで実装できるため、数年以内に実際にテストされる可能性もあります。 英国のストラスクライド大学のダニエル・オイ氏は、量子アプローチにより、光から時間遅延情報を抽出する能力が飛躍的に向上し、その利点を量子技術の聖杯に喩えると述べた。オイ氏は、量子理論は物理学において何かをどれだけ正確に測定できるかについての多くの限界の起源となっているため、量子技術は少数の光子のような弱い天文信号に自然に適合すると述べている。 参照： arXiv、DOI: 10.48550/arXiv.2510.07898 トピック:天体物理学/量子物理学 #量子にヒントを得たアルゴリズムは隠れた宇宙物体を明らかにするのに役立つ可能性がある