量子的に相互接続された望遠鏡はより鮮明に見える

新しい望遠鏡の目標は通常、より遠くにある天体の細部をより詳細に捉えることです。これを実現する最も簡単な方法は、単に望遠鏡を大型化することです。しかし残念ながら、鏡の重量という単純な問題が、この実現を困難にしています。しかし、困難にもかかわらず、まさにこの目標の達成を目指しているコンソーシアムが存在します。

代替案として、異なる望遠鏡からの光を合成する方法があります。別々の望遠鏡で捉えた光場の干渉により、通常は望遠鏡間の距離と同程度のサイズの望遠鏡でしか解像できないような細部を含む画像が生成されます。これは一見単純なように見えますが、光場は非常に弱く、光場の伝送と合成に伴う損失が大きいため、現在のところ数百メートルの間隔が限界となっています。カナダの研究者3名は、量子鍵配送用に開発中の技術を用いることで、望遠鏡間の許容距離を大幅に延長することを提案しています。

干渉はどのように役立ちますか?

非常に近い位置に2つの天体があるが、2つの望遠鏡からは遠く離れていると想像してください。個々の望遠鏡では、2つの天体を分離するのに十分な分解能がないため、実際には1つの天体しか存在しません。しかし、2つの望遠鏡を一緒に使用すると、状況は変わります。最初の望遠鏡に向かう光は、2番目の望遠鏡に向かう光とはわずかに異なる距離を移動する必要があります。この距離の違いは、2つの天体でわずかに異なる光の方向によって決まります。2つの望遠鏡からの光が混ざると、パターンの明るさはその光路差によって決まります。光路差が波長の半分の整数倍であれば明るいパターンが得られ、その魔法の数から離れるにつれてパターンは暗くなり、最終的には消えてしまいます。

2つの望遠鏡からの光を混合すると、一方の望遠鏡からの光に遅延を追加することで、明るいパターンを選択的に得ることができます。今回の場合、2つの天体の場合、遅延を変化させると、それぞれの天体が独自の明暗の繰り返しパターンを生成します。これらの2つのパターンの混合から、天体が1つではなく2つあることがわかります。また、2つの天体の角度の分離もわかります。つまり、私たちの2つの（あまり性能の良くない）望遠鏡は、通常ははるかに高価な望遠鏡でなければ分離できない天体を分離できたのです。

それはすでに素晴らしいことですが、なぜ量子的なものを追加するのでしょうか?

星からの光が純粋に古典的な光だと仮定した場合、量子鍵配送の背後にある物理学がどのようにこの点に役立つのか、少し戸惑いました。望遠鏡システムの解像度を上げると、より多くの特徴が見えますが、光の総量はそれほど増加しないため、モード（または特徴）あたりの光子の総数は1をはるかに下回るまで減少することがわかりました。これは、星の光が量子光源に非常に似ていることを示しています。

しかし、光子の数が非常に少ないと、物体を分離するために使用する干渉縞を構築することは不可能です。実際、光子一つ一つが重要なので、光ファイバーに光子を投入して、光ファイバーの欠陥で吸収されてしまうようなことは避けたいものです。そこで、カナダの研究チームは、星の光を輸送することなく、量子もつれ光子を用いて各望遠鏡で干渉測定を行うことを提案しました。