«Призрачное» свечение запутанного света теперь выявляет скрытые объекты лучше, чем когда-либо
Изображение призраков – это сложный и невероятно полезный набор методов, которые ученые используют для фотографирования светочувствительных объектов с удивительно высоким разрешением.
Используя сочетание квантовых и классических явлений для извлечения визуальной информации всего от одного из пары запутанных фотонов этот метод может захватывать изображения, в которых энергичные лучи света или радиация рискуют повредить интересующий материал.
Новое исследование выявило способ улучшить изображение фантомов без особых дополнительных усилий. его стоимости или сложности. Проще говоря, это означает, что эти методы смогут фиксировать больше деталей от большего количества объектов.
При квантовой запутанности пары или группы ненаблюдаемых частиц разделяются после того, как каким-то образом взаимодействуют. В этом ненаблюдаемом состоянии их индивидуальные свойства представляют собой дымку вероятностей, которые еще предстоит определить с помощью измерения.
Тем не менее, независимо от того, как сложится их судьба, это окончательное измерение будет коррелировать с измерениями частиц, которые они встречались в прошлом.
В призрачных изображениях эти ненаблюдаемые частицы — фотоны. Один отправляется взаимодействовать с объектом, прежде чем его поймает простой детектор. Второй фотон отправляется другим путем для тщательного изучения и детального измерения.
Хотя он фактически ничего не видел в своем путешествии, этот второй Состояние фотона может предоставить удивительное количество деталей об опыте его партнера.
«Мы отправим один из запутанных фотонов в объект, на который мы хотим смотреть в темноте, и, глядя на фотон, который остается с нами, мы можем увидеть свойства объекта в темноте», говорит квантовый физик Беренеис Сефтон из Университета Витватерсранда, Йоханнесбург, Южная Африка.
Пока все так умно. Но Сефтон и ее коллеги смогли улучшить этот подход, изменив то, как фотоны взаимодействуют с окружающей средой на пути к обнаружению.
Эти изменения влияют на распределение вероятности каждой частицы или на то, что известно. в качестве его фазы, предоставляя новый уровень информации, который можно использовать для получения дополнительных сведений о размере, форме и других свойствах объекта, с которым столкнулся один из них.
Выжимая еще несколько деталей об их На этом этапе исследователи могут улучшить разрешение камеры для получения изображений-призраков.
Что впечатляет в этом исследовании, так это то, что это не масштабная переработка того, как раньше делались изображения-призраки, а скорее признание того, что некоторые из ранее скрытые «побочные эффекты» призрачного изображения могут быть полезны в процессе.
«Мы обнаружили, что информация всегда была скрыта в технике, и с небольшой настройкой можно увидеть очень богатые и интересные функции», — говорит Беренис Сефтон.
В гораздо большем масштабе гравитационные волны обнаруживаются с помощью фазовой информации в Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Эти волны наблюдаются косвенно, а не напрямую.
Ученым удалось проверить свои идеи и показать, что эта усовершенствованная версия фантомного изображения действительно возможна: результаты, полученные ими в реальных экспериментах, хорошо совпали с их теоретические оценки.
В конечном счете, это должно дать ученым, использующим фантомные изображения, большую гибкость в подходе к процессу и более подробную информацию о конечных результатах, а также значительно упростить захват определенных типов объектов. .
«Мы надеемся, что это может быть использовано, среди прочего, для визуализации чувствительных биологических образцов, чтобы увидеть особенности и свойства, которые без этого потребовали бы гораздо более сложных или дорогих средств», – говорит Сефтон.
Исследование опубликовано в Optica.
