澳大利亚和英国的天文学家已经展示了如何使用量子假设检验方法来分析望远镜图像以直接观察系外行星。麦考瑞大学的Zixin Huang和谢菲尔德大学的Cosmo Lupo表明，这些技术可用于区分恒星-行星系统发出的光和没有行星的恒星。

到目前为止，天文学家已经发现了近5000颗系外行星，它们是围绕太阳以外的恒星运行的行星。其中绝大多数是间接观察到的，方法是通过测量当它们经过伴星前面时发生的星光变暗(凌日法)，或者通过测量它们对伴星径向速度的影响。

虽然有时可以直接检测系外行星反射的光，尤其是当系外行星处于相对较大的轨道时，但来自系外行星表面的微弱光极难与更亮的主恒星区分开来。因此，只有大约1.2%的系外行星发现是通过直接成像完成的。

两种可能的状态

现在，Huang和Lupo已经证明，量子成像技术可用于改进直接检测。在他们的模型中，望远镜接收到的光可以存在两种可能的状态：要么由恒星自身发出，要么由恒星-行星系统发出。

在第二种情况下，一小部分恒星的光从行星上散射出来，在图像中产生了第二个光源，但这种效果通常是难以察觉的。尽管如此，系外行星的存在在望远镜捕获光子的空间分布中产生了明显的特征，因此图像的光学“质心”位于恒星和系外行星之间。

研究人员已经表明，现有的两种量子成像技术可用于确定图像的光学中心是否对应于恒星的中心，或恒星-行星系统的质心。一种量子技术基于干涉测量，另一种涉及根据光的正交空间模式描述图像。

三个关键因素

通过分析，Huang和Lupo确定了区分这两种状态时出错的概率取决于三个关键因素：行星与其恒星之间的距离；两个物体之间的亮度差异；以及望远镜收集到的光子数。

随着这些变量的变化，两人展示了这种错误概率如何以与直接成像的经典方法不同的方式进行缩放。这意味着他们的技术在误差上可能达到基本的量子极限。与目前使用的经典方法相比，该技术可以让天文学家探测到更暗的系外行星，它们离宿主恒星更近。

尽管到目前为止，凌日和径向速度方法主导了系外行星的发现，但这些技术只有在从地球上观察行星轨道穿过恒星时才有效。这一限制不适用于直接成像，多亏了量子技术，它很快就会被用来发现更多的系外行星。

该研究在《物理评论快报》中有所描述。（编译:Qtech）