Fotonen van verre sterren hebben een slechte run. Stofwolken. Dikke atmosferen. Verliezende optiek. De meesten sterven op weg naar je detector. Astronomen lossen dit op door grotere spiegels te bouwen en meer licht te verzamelen. Totdat je geen geld of natuurkunde meer hebt. Dan wordt de spiegel te zwaar om te bewegen. Het beeld blijft wazig.
Radioastronomen hebben dit decennia geleden opgelost. Ze bouwden interferometers. Netwerken van kleine telescopen die als één groot oog fungeren. Als de timing exact is, worden de signalen gecombineerd. De ‘basislijn’ – de afstand tussen telescopen – bepaalt de scherpte. Ga breed genoeg. Breng de schaduw van een zwart gat van over de hele wereld in kaart. Het werkt prachtig op radiogolflengten.
Zichtbaar licht is moeilijker. Veel moeilijker. Signalen vervallen. Fotonen gaan verloren tussen telescopen. Tot nu toe.
Een team van Harvard zegt dat kleine kwantumcomputers optische interferometrie kunnen redden. Geen gigantische machines. Kleine chipjes. Ze houden fotoninformatie vast totdat het tijd is om deze te lezen.
“Ik denk dat dit echt een heel opwindend gebied zou kunnen worden waar je dingen zou kunnen doen die klassieke systemen niet kunnen.”
Michail Lukin kent zijn zaken. Zijn team, waaronder MIT-promovendus Maxim Sirotin, achtervolgt dit probleem al twee jaar. Begin dit jaar lieten ze het bewijs zien. In februari verscheen er een artikel in Nature. Sirotin was daar als eerste met een proof-of-concept.
Ze gebruikten diamant. Kleintjes. Met siliciumdefecten. Deze plekken slaan kwantuminformatie op met behulp van elektronenspins en siliciumkernen. Qubits. Zoals klassieke stukken, maar dan vreemder.
Hier was de opstelling:
– Twee “telescopen” (ontvangers) zes meter uit elkaar.
– Verbonden door een spoel van 1,5 km glasvezel.
– Een zwakke laser straalde door het midden.
Ze verstrengelden de diamantchips via licht voordat ze de laser gingen meten. Vervolgens hebben ze het interferentiepatroon opgehaald. Het werkte. Twee kleine ogen die als één groot oog fungeren.
Wat gebeurt er als je de laser vervangt door sterrenlicht?
In theorie zouden de twee kleine telescopen een beeld kunnen produceren dat zo scherp is als een spiegel van 1,5 km breed. De telescopen verder uit elkaar zetten? Krijg scherpere beelden van exoplaneten. Betere gegevens over sterbewegingen. Vang dingen op die de huidige scope mist.
Het is nog niet klaar voor primetime. Lukin geeft het toe. Dit is een laboratoriumdemo. De vezel was opgerold en niet over een kloof gespannen. De laser was geen sterrenlicht. Het duurt jaren om dit om te zetten in een hulpmiddel voor het in kaart brengen van de lucht. Misschien tientallen jaren.
John Monnier van de Michigan University zat niet in het team. Hij vindt het sowieso een doorbraak. Een nieuwe manier om de oude techniek te laten werken. Maar hij waarschuwt voor hindernissen. Het opbouwen van de infrastructuur is moeilijk. Duur. Langzaam.
We bevinden ons dus in de beginperiode. Verschillende technieken testen. Uitzoeken wat deze machines eigenlijk kunnen doen. Lukin ziet een weg vooruit. Een nieuwe klasse van toepassingen.
Is het vandaag de dag praktisch? Nee. Opent het de deur?
Misschien.
