Mujer con un telescopio de mano mirando el cielo estrellado.
Crédito: Ralina Shaikhetdinova. Vía Wikimedia Commons.

Para la humanidad, el espacio ha sido por décadas una fuente de asombro y un ineludible objeto de estudio. De allí que, con el pasar de los años, se creen cada vez más y mejores alternativas con las que investigarlo. Como una de las candidatas más prometedoras –y también recientes– dentro de este ámbito, tenemos a la astronomía cuántica.

Según parece, la llegada de la física cuántica no solo ha cambiado la forma en la que entendemos teóricamente variados fenómenos espaciales, sino que también podría ayudarnos a capturarlos mejor desde un punto de vista práctico.

Todo debido a que podría incorporarse a estructuras como los telescopios terrestres actuales para ampliar sus capacidades, tal como lo refleja un reciente reportaje de Scientific American.

Dentro de este, se toma como ejemplo la gran hazaña del Event Horizon Telescope (EHT) –que en el 2019 tomó la primera “fotografía” de un agujero negro– y desde allí se plantea todo un nuevo camino de evolución que podría hacer de este tipo de eventos una ocurrencia común entre los telescopios de nueva generación –si adoptan el camino cuántico–.

Astronomía cuántica: rompiendo viejas barreras

El EHT fue capaz de realizar su gran hazaña gracias a la sumatoria de las señales obtenidas por ocho diferentes telescopios en la Tierra. Al combinar y superponer los datos recibidos por todos estos, los investigadores lograron reproducir efectivamente la “imagen” de un agujero negro. Con el paso de los años, esta técnica ha llegado a conocerse como interferometría.

Actualmente, esta funciona con las ondas de radio que cada telescopio captura. Sin embargo, tiene dos grandes limitantes. En un primer lugar, los radiotelescopios no tienen una verdadera posibilidad de obtener muchos detalles sobre la “imagen” de los objetos que estudian con facilidad. En segundo, su alcance está confinado a un espacio limitado.

Telescopio dentro de observatorio de astronomía.
Crédito: Martin Junius/IAS Observatory .

Esto debido a que, a pesar de que se valen de los números para tener un vistazo de un mismo elemento desde varios ángulos, los telescopios físicamente no pueden estar demasiado alejados entre sí, por lo que tienen un rango limitado. Tal como es el caso del Observatorio Mount Wilson en California –que tiene una línea de base máxima de 330 metros– o del telescopio GRAVITY del Observatorio Europeo Austral –cuya base es de 130 metros–.

Ahora, los astrónomos han notado que este par de limitaciones no deberían ser realmente un problema para la astronomía cuántica. Por lo que, gracias a ella, al cambiar a la interferometría óptica –basada en fotones en lugar de señales de radio– se podrían conseguir mejores “imágenes” con cada telescopio.

Todo esto mientras que, además, se aumenta el alcance de cada red de telescopios para que puedan cubrir kilómetros en lugar de solo unos pocos metros. Por lo que, se podrán crear redes de telescopios más amplias, con espacios más grandes entre ellas y con un alcance mucho mayor.

¿Por qué aún no se han construido más telescopios basados en la astronomía cuántica?

Aunque es más que claro que la astronomía cuántica ofrece grandes ventajas para la investigación del espacio, su aplicación no es sencilla. Sobre todo debido a que la nueva generación de telescopios gigantes debería tener una base óptica y no de radio como la han tenido hasta ahora.

Por este motivo, primero requerirían de instalaciones completamente nuevas y objetivos para la captación de fotones y señales ópticas. Como consecuencia, su construcción en la actualidad es un proyecto mucho más costoso que continuar con los radiotelescopios que ya se conocen.

Imagen del espacio, sus estrellas y constelaciones.
Vía Snapygoat.

De hecho, en general las antenas de radio son más económicas que los receptores de un telescopio óptico. Por lo que, también se ha hecho más fácil construir una mayor cantidad de radiotelescopios –algo que tal vez no se podría repetir con el mismo impulso en telescopios ópticos–.

Sumado a esto, es claro que el adentrarse en el terreno de la astronomía cuántica implica el estudio de fenómenos cuánticos a nivel fotónico. Todo debido a que en ocasiones las señales ópticas podrían ser tan tenues como para llevar un solo fotón a la vez. Por lo que cada antena deberá recopilar pacientemente cada gota de información hasta poder crear una “imagen” con ella.

Esta última es una tarea que, hasta la fecha, tampoco es posible sin que haya interferencia. Sobre todo debido a que la atmósfera de la Tierra actúa como un gran dispersor de las señales ópticas. Por lo que, en general, el telescopio óptico contaría con un tiempo limitado para captar los fotones antes de que su fase o coherencia se vean interrumpidos.

Solución cuántica

Como podemos ver, la utilización de telescopios ópticos para el estudio del espacio presenta una gran variedad de obstáculos técnicos. Pero ahora, aplicando la física cuántica, se podrían superar muchos de estos.

Una de las soluciones inicialmente planteadas vio la luz en el 2011, cuando el astrónomo Daniel Gottesman y sus colegas propusieron colocar una fuente de fotones entrelazados entre un par de telescopios. De esta forma, el equipo del Instituto Perimetral de Física Teórica en Ontario esperaba poder ofrecer un punto a medio camino que interactuara con ambos telescopios.

Telescopio utilizado para el estudio de la astronomía bajo el estrellado cielo nocturno.
Vía Snapygoat.

De esta forma, aunque la señal individual de cada uno no pudiera viajar grandes distancias, la fuente de fotones construiría un reflejo de sus datos a través del modelo de interferometría óptica ya mencionado. Ahora, el problema con esto sería la necesidad de la construcción de todas estas estaciones “intermedias” para interceptar las señales de cada equipo.

Para cambiar esto, el astrónomo Jonathan Bland-Hawthorn de la Universidad de Sydney (US), ha unido fuerzas John Bartholomew, tecnólogo cuántico de la US, y Matthew Sellars, de la Universidad Nacional Australiana, Canberra. Su meta es diseñar telescopios ópticos que permitan estudiar el espacio usando los principios de la astronomía cuántica.

Debido a esto, los datos obtenidos por cada uno se almacenarían en los ya conocidos discos duros cuánticos. Luego, estos clústeres de datos de cada telescopio se transportarían físicamente a una instalación central donde sus resultados de combinarían para finalmente poder “observar” las imágenes producidas por interferometría.

Por ahora, no se ha determinado una forma efectiva para almacenar la información por largos periodos de tiempo. Pero, la investigación al respecto se mantiene activa. En el futuro, de aplicarse esta idea generalizadamente, la astronomía daría un gran paso para revolucionar la forma en la que investiga el espacio.

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