Computadores quânticos podem ajudar a melhorar a imagem dos exoplanetas

Os computadores quânticos poderiam ajudar-nos a ver mais exoplanetas – e também a vê-los com mais detalhes.

Os astrónomos descobriram agora milhares de planetas fora do nosso sistema solar, mas prevêem que na verdade existam milhares de milhões de exoplanetas por aí. Identificá-los e estudá-los é parte integrante da busca por vida extraterrestre, mas fazê-lo é tecnicamente desafiador devido à sua grande distância da Terra.

Johannes Borregaard da Universidade de Harvard e seus colegas argumentam que os computadores quânticos poderiam melhorar significativamente o processo.

Para fotografar exoplanetas, os pesquisadores devem coletar sinais de luz provenientes do planeta, mas esses sinais tendem a enfraquecer após percorrerem longas distâncias no espaço. Além disso, os sinais costumam ser barulhentos ou parcialmente obscurecidos pela luz de estrelas próximas.

Borregaard disse que seus colegas da NASA o ajudaram a perceber que o problema pode ser tão difícil quanto encontrar uma partícula de luz, ou fóton, para cada segundo de operação do telescópio.

Processar esses sinais fracos é difícil com métodos convencionais, mas os computadores quânticos podem armazenar uma série de estados quânticos de fótons recebidos e depois explorar suas propriedades quânticas para extrair informações sobre exoplanetas, disse ele. Desta forma, as análises que normalmente produzem imagens demasiado desfocadas para distinguir um exoplaneta da sua estrela – ou que as representam como um único ponto desfocado – podem produzir uma imagem mais nítida dos exoplanetas no espaço. Ele ainda permite que os pesquisadores obtenham impressões digitais das moléculas dos exoplanetas com base na luz.

Esta é a ideia central do esquema de sua equipe, no qual a luz de um exoplaneta atingiria primeiro um dispositivo de computação quântica feito de diamantes especialmente projetados. Dispositivos semelhantes foram testados com sucesso como dispositivos de armazenamento de estado quântico de fótons. Em seguida, esses estados seriam comunicados a outro computador quântico mais sofisticado, que executaria algoritmos projetados para extrair as informações necessárias para produzir uma imagem do exoplaneta. Borregaard e seus colegas modelaram este segundo dispositivo como sendo feito de átomos super-resfriados, outra tecnologia que recentemente se mostrou muito promissora em experimentos.

Os cálculos dos pesquisadores mostram que o uso de dispositivos quânticos dessa forma poderia produzir imagens com apenas um centésimo ou até um milésimo do número de fótons exigido pelos métodos tradicionais atuais. Em outras palavras, a configuração quântica poderia superar as técnicas atuais quando a luz é muito fraca.

“Os fótons obedecem às regras da mecânica quântica. Portanto, é natural e razoável investigar métodos quânticos para detectar e processar a luz vinda, por exemplo, de exoplanetas”, disse Cosmo Lobo na Universidade Politécnica de Bari, na Itália. No entanto, ele disse que concretizar esta nova proposta seria um desafio complexo e exigiria um controle muito preciso sobre o respectivo desempenho dos dois computadores quânticos e uma forma eficaz de conectá-los.

Borregaard vê uma situação semelhante. Embora existam pesquisas promissoras que fortalecem o uso de computadores quânticos baseados em diamante e computadores quânticos ultrafrios, conectar os dois é algo em que vários grupos de pesquisa, incluindo seus colegas, estão trabalhando, disse ele.

Lupo diz que existem outros esquemas para aproveitar a luz quântica já usado para observar estrelas na constelação do Cão Menor, então a tendência de usar dispositivos quânticos para observar o espaço já está em andamento. “Estou muito animado para ver como a computação quântica impactará os campos da imagem e da astronomia no futuro”, disse ele. “Este novo trabalho é um primeiro passo importante nessa direção.”

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