在另一颗恒星周围找到类地行星，是现代天文学中最困难的课题之一。这颗行星在天空中与它的母星可能仅相距千万分之一度，亮度则暗一亿到一百亿倍。普通的望远镜无法将两者分开：衍射将它们模糊成一个光斑，而传统探测器也无法分辨哪些光子来自行星，哪些来自恒星。
一项新提出的理论框架试图同时绕过这两个障碍。该框架于7月初以预印本形式发布在arXiv上。韩国汉阳大学的Hyunsoo Choi与成均馆大学、普渡大学及汉阳大学的合作者共同开发了一套自适应测量系统，该系统根据光子的量子力学波形状进行分类，而非仅仅统计到达的光子数量。在计算机模拟中，该方法以超过70%的成功率重构了包含一颗恒星和两颗极暗伴星的完整场景，其亮度对比度据作者称比现有量子成像技术高出五个数量级。
系外行星的直接成像受到两个物理因素的限制。其一是瑞利判据：当两个光源在天空中的角距离小于望远镜分辨率极限的大约一半时，它们的影像会模糊成一团。几乎所有围绕邻近恒星运行的潜在宜居系外行星都远远小于该极限。其二是对比度：一台指向类太阳恒星及其类地行星的望远镜，从恒星接收到的光子数量大约是从行星接收到的100亿倍。
现有的日冕仪（一种通过物理方式遮挡恒星光的仪器）在太空中可以将恒星光抑制约100亿倍，但在类地行星预期出现的小角分离距离上效果不佳。利用光的波动性提取额外信息的量子成像方法，此前仅能处理约1000比1的对比度，远不足以观测类地系外行星。
arXiv:2607.06931所描述的方法采用了不同原理。该系统并非仅测量每个像素上有多少光子到达，而是首先根据空间模式（即波前的形状）对入射光子进行分类。光子携带的信息远不止其亮度；其波动模式编码了它在天空中的来源方位。难点在于如何高效提取这些信息，尤其当一个光源比另一个光源亮数个数量级时。
该算法从一组过完备的候选行星位置猜测开始，然后通过迭代逐步精化。每一步中，它将入射光投影到一组精心选择的空间模式上，记录光子计数，并更新对所有光源位置和亮度的估计。每次迭代都会重新计算测量基，以最大化每个探测光子的量子Fisher信息，该量描述了任何测量能从一组未知参数中提取的最大信息量。
为处理跨越八个数量级的亮度比，该算法在亮度对数空间中运行。随后通过最大似然估计确定每个候选位置的最佳拟合值。迭代精化收敛后，该方法利用贝叶斯信息准则（一种统计模型选择工具）判断实际存在多少个光源。整个过程无需手动调节检测阈值，模型选择完全来自光子计数统计本身。
在12000次蒙特卡洛模拟试验中，模拟了一颗恒星与两颗亮度比为1、10000和1亿的行星，均处于亚瑞利分离距离内，该算法正确识别全部三个目标的成功率为72.5%。当算法正确识别出光源数量时，中位定位误差约为0.1像素，远小于单个分辨单元。对于最暗的行星（比恒星暗1亿倍），99.7%的成功试验返回的亮度估计值与真实值偏差在2倍以内。
该方法对一类实验误差表现出了韧性。当作者模拟望远镜偏移最多6个像素时，成功率仅小幅下降至71.3%。论文指出，对其他类型真实噪声（大气湍流、探测器读出噪声、热变化）的鲁棒性尚未经过测试，仍属未知。
从这些结果到实际可用的仪器之间还存在若干重要差距。整个系统目前仅存在于计算机模拟中。作者概述了构建该系统的路径：与现有日冕仪兼容的空间模式分类器在当前光子学技术能力范围内，但量子最优测量系统的物理实现通常需要数年甚至数十年才能跟上理论进展。论文还仅测试了一个简单的三光源场景；实际观测中会涉及散射光、多个背景光源以及模拟中未建模的仪器伪影。
尽管存在这些局限，这一框架代表了天文学家思考该问题的方式上的一次概念性突破。直接对类地行星成像需要探测到比邻近光源暗约100亿倍的信号，且分离距离逼近望远镜的物理极限。该预印本表明，系外行星探测的量子信息极限远未被穷尽，并提供了一个接近该极限的具体测量策略设计方案。
如果能在真实望远镜上建造并测试，这样的系统有望为当前仪器无法触及的行星打开一扇窗口。邻近M矮星周围的类地行星，大气生物特征信号搜索中最有希望的目标，产生的对比度约为1000万到1亿。所提出的方法恰好在该范围内运作。理论与硬件之间的鸿沟仍然巨大，但该论文指明了一条跨越鸿沟的路径。
婷 翻译
来源
- Hyunsoo Choi, Hyoung Won Baac, Zubin Jacob, Haejun Chung. Exoplanet Detection Using Adaptive Quantum-Optimal Measurement. arXiv:2607.06931 (2026年7月). https://arxiv.org/abs/2607.06931
- Quantum Physics Could Help Us Find Earth 2.0. Universe Today, 2026年7月. https://www.universetoday.com/articles/quantum-physics-could-help-us-find-earth-20
- Could quantum physics help us find Earth 2.0? Phys.org, 2026年7月. https://phys.org/news/2026-07-quantum-physics-earth.html