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(2025-10-30 10:32:18)
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量子启发的算法可以帮助揭示隐藏的宇宙天体
将一种量子启发的算法和量子信息处理技术结合，能够使研究人员来测量几乎不可直觉弯曲光线的宇宙天体的质量
新科学家 By
28 October 2025
一个星系团产生引力透镜，弯曲围绕它的光。NASA, ESA, Michael Gladders (University of Chicago); Acknowledgement: Judy Schmidt
量子物理学可能是理解我们的望远镜不能向我们详细显示或毕竟不能详细显示的宇宙天体的秘密成分。
为了解太空，我们收集和分析来自像恒星一样天体进入我们望远镜的光，但这些光并不总是以直线旅行的。往往随它经过一个非常大质量的天体诸如一颗行星或一个黑洞光的轨迹会弯曲并创造扭曲的图像，宛如沿着途中在某处被添加了一个额外的镜头一样。
但关于不是宇宙重量级且有相对小的质量的天体呢？传统的成像方法挣扎于这种“微透镜”事件，但马里兰大学的刘振宁和他的同事们现在已经表明了一种分析光的协议，该协议解释它的量子性可以做的更好。
他们集中在利用光的量子属性来辨别造成微透镜的天体的质量。刘说研究人员能告诉一个微透镜事件何时发生，因为光变得更亮。这允许他们知道在我们和光源之间有一个天体，但如果这个天体不是巨大的，他们不能够从望远镜已经测量的光的属性推断它的质量。这些天体可能包括孤立的小黑洞，甚至一些流氓行星。
但光被光子弄成，光子是量子粒子，因此关于它们的朝向地球旅程的信息也被编码成它们的量子属性。值得注意的是每当一个光子有选择围绕一个天体周围走多条不同的路径时每条路径都需要一个不同的旅行时间，这种差异改变光子的量子属性。因为量子粒子有时能行为像波一样，这些光子能同时的有效的围绕一个天体走两条路径，就像一个水波遇到一个岩石一样。该团队的协议在提取两条路径之间的时间差上极好，然后这能被转化为天体的质量。
刘说在所有其他观测中一颗行星或一个创造微透镜的黑洞将不一定是看不见的。但这些方法可能需要收集更多的光，这相当于必须来建造越发更大的望远镜。量子方法将适用于相对少的光子。
例如，他的团队的数学分析表明了该协议对银河系凸起中的恒星会起作用，在那里之前通过引力透镜研究已经黑暗天体被发现的银河系的一部分。因为新协议不需要成熟的量子计算机并且可以与传统计算机结合一次捕获和分析一个光子的更多标准设备执行，它也成一个在几年内被实践测试的机会。
英国斯特拉斯克莱德大学的大涅尔（Daniel Oi）说，量子方法在从光来提取时延信息的能力中提供一个指数级的改进，一个他将这优势比作量子技术的圣杯。大涅尔说，量子技术对弱天文信号如少量的光子是一个自然的匹配，因为量子理论是物理学中某些东西刚好能被多精密测量的许多限制的起源。
参考：
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