Новости

Квантовый микроскоп использует «жуткую» физику для двойного разрешения изображений

Квантовый микроскоп использует

Ученые из Калифорнийского технологического института создали квантовый микроскоп, который использует причудливые квантовые правила, чтобы видеть мельчайшие детали гораздо четче. Использование пар запутанных фотонов позволяет прибору удвоить разрешение изображений, не повреждая образец.

Ключевое ограничение микроскопов заключается в том, что они могут отображать только объекты или детали, длина волны которых составляет половину длины волны используемого света. поэтому для оптических микроскопов можно увидеть детали размером примерно до 200 нанометров. Использование фотонов с более короткими длинами волн, таких как ультрафиолет, позволяет микроскопам смотреть ближе.

Но, конечно, есть загвоздка. Чем короче длина волны, тем выше энергия, поэтому к тому времени, когда вы доберетесь до этих масштабов, фотоны, используемые для изображения образцов, повреждают или даже разрушают их.

Но квантовый микроскоп команды Калифорнийского технологического института решает эту проблему благодаря жутким свойствам квантовой физики. Запутанность — это странное явление, при котором две или более частиц могут настолько переплестись друг с другом, что невозможно описать одну без другой. В этом случае ученые объединяют два фотона в один блок, называемый бифотоном, который ведет себя как одиночный фотон с меньшей энергией и вдвое меньшей длиной волны.

«Клеткам не нравится ультрафиолетовый свет», — сказал Лихонг Ван. , ведущий научный сотрудник исследования. «Но если мы сможем использовать 400-нм свет для изображения клетки и добиться эффекта 200-нм света, то есть УФ, клетки будут счастливы, и мы получим разрешение УФ».

<р>Квантовый микроскоп использует

Схема квантового микроскопа Калифорнийского технологического институтаCaltech

Для этого требуется тщательная оптическая настройка. Во-первых, лазерный свет проходит через специальный кристалл, который преобразует часть фотонов в бифотоны. Затем эти запутанные пары разделяются и отправляются по двум параллельным путям — один фотон проходит через отображаемый образец, а другой избегает его. После этого фотоны направляются к детектору, где можно проанализировать данные и построить изображение.

Эксперименты команды показали, что этот метод работает для изображения клеток, не разрушая их, и может пройти микроскопический «тест на зрение», когда отображаются линии различной ширины в микрометровой шкале, чтобы проверить, насколько хорошо инструмент может различать их. И действительно, метод квантового микроскопа продемонстрировал разрешение, вдвое превышающее «классический» тестовый прогон с использованием обычных фотонов. Это намного лучше, чем в других экспериментах с квантовым микроскопом, которым удалось повысить разрешение примерно на 35%.

Квантовый микроскоп использует

Сравнение качества изображения в «классическом» (слева) изображении с использованием обычных фотонов и «квантовом» (справа) изображении использование запутанных бифотоновCaltech

Одним из недостатков, по словам команды, является то, что бифотоны создаются очень редко — кристалл выдает примерно один бифотон на миллион фотонов. К счастью, такие лазеры производят ошеломляющее количество фотонов за импульс.

И, конечно же, есть еще возможности для совершенствования. Исследователи говорят, что будущая работа может запутать вместе еще больше фотонов, каждый из которых будет уменьшать длину волны и повышать разрешение. Проблема, однако, заключается в том, что это также снижает и без того низкую вероятность запутывания каждый раз.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Нажмите, чтобы оценить статью
[Итого: 1 Среднее значение: 5]

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»