Инопланетяне молчат из-за наших маленьких телескопов

Исследования в области поиска внеземного разума (SETI) до сих пор использовали классические методы: радиотелескопы, оптические телескопы и анализ световых сигналов от экзопланет. Однако новые научные подходы, основанные на квантовой механике, могут оказаться более эффективными для межзвёздной связи и даже помочь объяснить парадокс Ферми — вопрос о том, почему до сих пор не было найдено доказательств существования внеземных цивилизаций.

Лэтэм Бойл, исследователь из Центра теоретической физики Хиггса при Эдинбургском университете, рассматривает возможность использования квантовых коммуникаций для связи между звёздами. Он отмечает, что определённые частотные диапазоны в нашей галактике, окружённой реликтовым излучением, подходят для квантовой связи. Однако для реализации этих коммуникаций необходимы телескопы гораздо большего размера, чем те, которые используются сегодня.

Бойл объясняет, что ключевым элементом такой системы могут стать запутанные кубиты. Кубит — это единица квантовой информации, способная находиться в двух состояниях одновременно благодаря квантовой суперпозиции. В отличие от классического бита, который может быть либо в состоянии «0», либо «1», кубит может находиться в обеих состояниях сразу. Это делает квантовую информацию гораздо более мощной для передачи, чем традиционные методы.

Недавно эксперименты подтвердили, что квантовая запутанность может сохраняться на больших расстояниях, вплоть до межзвёздных. Были проведены успешные опыты, в которых запутанные фотоны находились на расстоянии более тысячи километров друг от друга: один на Земле, другой — на орбите. Эти результаты показывают возможность сохранения квантовой связи на галактических расстояниях, что открывает новые перспективы для межзвёздных коммуникаций.

Бойл в своём исследовании сосредоточился на физических условиях, необходимых для отправки и приёма таких сигналов. Одним из ключевых параметров является «квантовая ёмкость» канала — максимальная скорость передачи квантовой информации. Для успешной передачи требуется использование определённых частотных диапазонов, а также наличие очень больших телескопов. Размеры этих телескопов зависят от длины волны фотонов, которые передаются, и расстояния между отправителем и получателем.

Одним из важных результатов работы Бойла является то, что для эффективной передачи фотон должен иметь длину волны менее 26,5 см. Это помогает избежать помех от реликтового излучения. Однако для передачи сигнала на такое расстояние, как до ближайшей звезды Проксима Центавра (4,25 световых лет от Земли), телескоп на Земле должен иметь диаметр не менее 100 километров. Для сравнения, самый крупный телескоп, который сейчас строится — Европейский чрезвычайно большой телескоп в Чили — будет иметь диаметр всего 40 метров.

Таким образом, объяснением парадокса Ферми может быть то, что внеземные цивилизации уже используют квантовые коммуникации, но понимают, что наши телескопы слишком малы для приёма их сигналов. Бойл утверждает, что если инопланетные цивилизации используют квантовые технологии для связи, они могут видеть, что Земля не обладает необходимыми техническими средствами для приёма этих сигналов, поэтому не делают попыток связаться с нами.

Однако есть возможности для преодоления этих ограничений. За пределами атмосферы Земли, например, на Луне или в точке Лагранжа L2, можно было бы использовать более короткие волны, что позволит уменьшить размер телескопа. Тем не менее, даже для гамма-лучей с длиной волны порядка 0,001 нм всё ещё потребуется телескоп диаметром около 200 метров.

Кроме того, телескоп может быть не одной конструкцией, а набором небольших тарелок, расположенных близко друг к другу, как соты. Такое решение теоретически позволит уменьшить размеры конструкции, однако проблемы с выравниванием и настройкой остаются.

Также возможна установка ретрансляторов на линии между отправителем и приёмником. Это позволило бы уменьшить размеры телескопов, но при этом ретрансляторы должны быть расположены на расстоянии около десятой части астрономической единицы друг от друга, что включает пространство внутри нашей Солнечной системы.

Ещё одной нерешённой проблемой остаётся способ распознавания квантового сигнала. Поскольку в начале коммуникации нет заранее установленных договорённостей между двумя цивилизациями, вопрос о том, как приёмник на Земле может отличить квантовый сигнал от обычного классического, остаётся открытым и требует дальнейших исследований.

Таким образом, квантовые коммуникации могут предложить новые способы решения проблемы поиска внеземного разума. Однако для реализации этих возможностей необходимо преодолеть множество технических трудностей, начиная с постройки гигантских телескопов и заканчивая разработкой методов распознавания квантовых сигналов.