你站在地球上仰望星空,那些来自亿万光年之外的光子,想要抵达你手里那台望远镜的探测器,得先闯过九九八十一难。
深空尘埃、星际气体、地球厚重的大气层……每一个关卡都在无情地吞噬着本就微弱的光信号。等它们好不容易跌进镜筒,还得面对光学系统自身的损耗。天文学家为了多抢几个光子,想出的办法简单粗暴——造更大的镜子、更灵敏的探测器,用规模来赌概率,让望远镜能收进更多光子,拼出更清晰锐利的宇宙图景。可这条“以大为美”的路越走越窄,物理极限和烧钱的速度,很快就给单台望远镜的尺寸和成像锐度扣上了天花板。
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射电天文学家早就玩起了一种巧妙的迂回战术:干涉测量。他们把分布在不同位置的小望远镜组成阵列,通过极其精确的时间同步技术,追踪每个台站接收到光子的那一刻,然后把整个阵列收拢的光信号合在一起,制造干涉图样,再从中反算出图像。阵列里望远镜与望远镜之间隔得越远,也就是所谓“基线”越长,最终图像的角分辨率就越高。凭借这一招,射电天文学家甚至已经搞出了跟地球一般大的基线,硬生生看清了银河系老家那个超大质量黑洞在黑暗深处勾勒出的影子。
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光学波段的干涉仪比射电波段早发明了一个多世纪,可要实现长基线多望远镜的光学干涉,难度却比射电高了不止一个量级。光子本来到达就稀少,还要让它们在不同台站之间“传接力棒”,路上丢几个,整个方案就抓瞎了。眼下,量子领域的新进展正悄悄捅破这层窗户纸:用一个小巧的量子存储系统——量子存储器,把抵达的光子先暂存起来,再统一调遣处理。哈佛大学的物理学家米哈伊尔·卢金对这一思路的潜力毫不掩饰:“我觉得这很可能变成一片真正让人兴奋的沃土,人们在上面能干出经典系统绝对做不到的事。”
用量子网络来增强光学干涉测量的整体构想,已经在圈子里转悠了几十年,但一直卡在如何造出一套足够结实的系统,能可靠地接收并处理这些飘忽不定的抵达光子。卢金研究组两年前启动了为这类网络打造地基的攻关。就在今年早些时候,团队成员、麻省理工学院博士生马克西姆·西罗廷对外展示了——一个脉冲光子在量子存储器中暂存的雏形方案,其保持时间与读出效率在同类实验中走在了前列。虽然这离把远隔数公里的两台光学望远镜真正用隐形量子线缝合在一起还有距离,但至少那条量子捷径,已经从纸上的可能,变成了实验室里闪着微光的一张通行证。
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