据澳大利亚麦考瑞大学和新加坡国立大学研究人员近日发布在预印本平台arxiv.org上的研究论文，一种被称为受激拉曼绝热通道（STIRAP）的新量子技术可以增强光学甚长基线干涉测量（VLBI）。这项技术允许量子信息无损耗地传输，使VLBI探测到以前无法看到的波长。一旦与下一代仪器集成，这项技术可对黑洞、系外行星、太阳系和遥远恒星的表面进行更详细的研究。
过去的十年里，系外行星的研究取得了长足的进步，引力波天文学已经成为一个新的领域，科学家捕捉到了第一批超大质量黑洞的图像。得益于高灵敏度的仪器以及世界各地天文台共享数据的能力，与此相关的干涉测量学也取得了进步，VLBI科学正在打开一个全新的领域。
VLBI是指射电天文学中使用的一种特定技术，其中来自天文射电源（黑洞、类星体、脉冲星、恒星形成的星云等）的信号被结合在一起，以创建它们的结构和活动的详细图像。简单来说,VLBI就是把几个小望远镜联合起来,达到一架大望远镜的观测效果。前不久，VLBI观测到了银河系中心黑洞人马座A*的首张图像。
但研究人员指出，经典干涉测量仍然受到物理限制的阻碍，包括信息丢失、噪声，以及所获得的光通常是量子性质的事实。一旦解决这些限制，VLBI可用于更精细的天文测量。
研究人员表示，克服这些限制的关键是使用像STIRAP这样的量子通信技术。STIRAP包括使用两个相干光脉冲在两个适用的量子态之间传输光学信息。当应用于VLBI时，它将允许在量子态之间高效和选择性地进行布居转移，而不会受到常见的噪声或损耗问题的影响。
研究人员提出一种更详细、更准确的干涉测量技术。为了模拟大型光学干涉仪，必须对光进行相干收集和处理，他们建议使用量子纠错来减少这一过程中由于损失和噪声造成的误差。
为了验证他们的理论，研究小组考虑了两个相隔很长距离的设施收集天文光线的情景。在“编码器”阶段，信号通过STIRAP技术被捕获到量子存储器中，该技术允许入射光相干耦合到原子的非辐射状态。
从天文光源捕捉到量子状态的光（消除量子噪声和信息损失）的能力，将改变干涉测量的游戏规则。此外，这些改进将对天文学的其他领域产生重大影响。它将足够强大，可拍摄恒星周围的小行星、太阳系的细节、恒星表面的运动学、吸积盘以及黑洞的潜在细节等。
过去的十年里，系外行星的研究取得了长足的进步，引力波天文学已经成为一个新的领域，科学家捕捉到了第一批超大质量黑洞的图像。得益于高灵敏度的仪器以及世界各地天文台共享数据的能力，与此相关的干涉测量学也取得了进步，VLBI科学正在打开一个全新的领域。
VLBI是指射电天文学中使用的一种特定技术，其中来自天文射电源（黑洞、类星体、脉冲星、恒星形成的星云等）的信号被结合在一起，以创建它们的结构和活动的详细图像。简单来说,VLBI就是把几个小望远镜联合起来,达到一架大望远镜的观测效果。前不久，VLBI观测到了银河系中心黑洞人马座A*的首张图像。
但研究人员指出，经典干涉测量仍然受到物理限制的阻碍，包括信息丢失、噪声，以及所获得的光通常是量子性质的事实。一旦解决这些限制，VLBI可用于更精细的天文测量。
研究人员表示，克服这些限制的关键是使用像STIRAP这样的量子通信技术。STIRAP包括使用两个相干光脉冲在两个适用的量子态之间传输光学信息。当应用于VLBI时，它将允许在量子态之间高效和选择性地进行布居转移，而不会受到常见的噪声或损耗问题的影响。
研究人员提出一种更详细、更准确的干涉测量技术。为了模拟大型光学干涉仪，必须对光进行相干收集和处理，他们建议使用量子纠错来减少这一过程中由于损失和噪声造成的误差。
为了验证他们的理论，研究小组考虑了两个相隔很长距离的设施收集天文光线的情景。在“编码器”阶段，信号通过STIRAP技术被捕获到量子存储器中，该技术允许入射光相干耦合到原子的非辐射状态。
从天文光源捕捉到量子状态的光（消除量子噪声和信息损失）的能力，将改变干涉测量的游戏规则。此外，这些改进将对天文学的其他领域产生重大影响。它将足够强大，可拍摄恒星周围的小行星、太阳系的细节、恒星表面的运动学、吸积盘以及黑洞的潜在细节等。
“每日”天文——宇宙之初
宇宙是一个迷人的地方，相撞的星系、即将爆炸的恒星、火山喷发的星球……那宇宙一开始是什么样的呢？现在我们一起来探秘吧！
回到138亿年前，放眼望去全都是热等离子体，高能粒子充满了这锅原始的汤，它们相互作用的环境条件是如此极端，以至于我们现在才刚刚开始在地球上的大型粒子对撞机中接近这种环境状态。
这很自然地引出一个问题：“我们怎么知道 138亿年前的宇宙是什么样子的？”对人类来说，任何超过几千年的东西都是史前的。我们需要参考历史文献研究历史，需要分析化石研究史前生命。
而我们所能发现宇宙最古老的化石是宇宙微波背景辐射，这是早期宇宙冷却到足以让光子自由穿行时释放的辐射。人们经常把宇宙微波背景称为宇宙的婴儿照片，但宇宙微波背景来自于大约38万岁的宇宙：它是宇宙诞生后很久的一个瞬间的快照。为了真正了解早期的宇宙是什么样的，我们需要使用一个更强大的工具，也许是人类创造的最强大的工具——物理。
要想知道宇宙早期的历史，我们必须沿着时间往回外推。为了实现这一点，我们必须做某些假设，并且需要完全清楚我们所做的假设。首先，假设自然界的法则在本质上和宇宙形成之初是一样的；其次，假设宇宙中没有任何特定部分是特殊的——也就是说，物理条件基本上在任何地方都是相同的。
除了这两个相当标准的假设，我们还倾向于做一些经常被忽视的假设。例如，我们已经能够较好地理解流体和实验室等离子体的动力学性质，所以倾向于假设早期宇宙中的高能等离子体的行为是相似的。我们还假设，在大型强子对撞机的低重力真空条件下研究的基础物理，在宇宙更热、密度更大、引力更强的时候也会以同样的方式运行。此外，我们假设时空的涟漪（即引力波）在宇宙的演化中并没有扮演重要角色。
这些假设可能都不对。即便如此，我们仍然可以很好地了解早期宇宙是什么样子的。利用对于自然法则最基本的理解，通过多年的理论和实验，我们可以让时光倒流，并压缩宇宙。
通过对宇宙压缩的研究方式，人类最终可以拼接出一幅宇宙历史的图景！
诚然，这样的方式也存在一定的问题，例如，我们是通过孤立地观察其组成部分来构建它的整体。这也是现在宇宙学家正在努力解决的问题。没有实验的理论仅仅是哲学，当代宇宙学的观测也借助着更多的媒介，引力波、宇宙微波背景辐射、宇宙磁场观测……期待未来可以更加完善现在的宇宙学模型，推进宇宙学的进一步发展！
图 1银河
图 2 大型强子对撞机
图 3 宇宙微波背景辐射
图 4宇宙历史1
图 5宇宙历史2
（图源网络）
参考资料：《中国国家天文》2022年第1期《最初十秒钟》文/大卫·加里森 译/李海宁
宇宙是一个迷人的地方，相撞的星系、即将爆炸的恒星、火山喷发的星球……那宇宙一开始是什么样的呢？现在我们一起来探秘吧！
回到138亿年前，放眼望去全都是热等离子体，高能粒子充满了这锅原始的汤，它们相互作用的环境条件是如此极端，以至于我们现在才刚刚开始在地球上的大型粒子对撞机中接近这种环境状态。
这很自然地引出一个问题：“我们怎么知道 138亿年前的宇宙是什么样子的？”对人类来说，任何超过几千年的东西都是史前的。我们需要参考历史文献研究历史，需要分析化石研究史前生命。
而我们所能发现宇宙最古老的化石是宇宙微波背景辐射，这是早期宇宙冷却到足以让光子自由穿行时释放的辐射。人们经常把宇宙微波背景称为宇宙的婴儿照片，但宇宙微波背景来自于大约38万岁的宇宙：它是宇宙诞生后很久的一个瞬间的快照。为了真正了解早期的宇宙是什么样的，我们需要使用一个更强大的工具，也许是人类创造的最强大的工具——物理。
要想知道宇宙早期的历史，我们必须沿着时间往回外推。为了实现这一点，我们必须做某些假设，并且需要完全清楚我们所做的假设。首先，假设自然界的法则在本质上和宇宙形成之初是一样的；其次，假设宇宙中没有任何特定部分是特殊的——也就是说，物理条件基本上在任何地方都是相同的。
除了这两个相当标准的假设，我们还倾向于做一些经常被忽视的假设。例如，我们已经能够较好地理解流体和实验室等离子体的动力学性质，所以倾向于假设早期宇宙中的高能等离子体的行为是相似的。我们还假设，在大型强子对撞机的低重力真空条件下研究的基础物理，在宇宙更热、密度更大、引力更强的时候也会以同样的方式运行。此外，我们假设时空的涟漪（即引力波）在宇宙的演化中并没有扮演重要角色。
这些假设可能都不对。即便如此，我们仍然可以很好地了解早期宇宙是什么样子的。利用对于自然法则最基本的理解，通过多年的理论和实验，我们可以让时光倒流，并压缩宇宙。
通过对宇宙压缩的研究方式，人类最终可以拼接出一幅宇宙历史的图景！
诚然，这样的方式也存在一定的问题，例如，我们是通过孤立地观察其组成部分来构建它的整体。这也是现在宇宙学家正在努力解决的问题。没有实验的理论仅仅是哲学，当代宇宙学的观测也借助着更多的媒介，引力波、宇宙微波背景辐射、宇宙磁场观测……期待未来可以更加完善现在的宇宙学模型，推进宇宙学的进一步发展！
图 1银河
图 2 大型强子对撞机
图 3 宇宙微波背景辐射
图 4宇宙历史1
图 5宇宙历史2
（图源网络）
参考资料：《中国国家天文》2022年第1期《最初十秒钟》文/大卫·加里森 译/李海宁
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