Naukowcy z Caltech stworzyli mikroskop kwantowy, który wykorzystuje dziwaczne zasady kwantowe, aby wyraźniej widzieć drobne szczegóły. Użycie par splątanych fotonów pozwala instrumentowi podwoić rozdzielczość obrazów bez uszkadzania próbki.
Tele- i mikroskopy — nasze oczy na świat w dole i w górze
Urządzenia optyczne to jedne z najważniejszych narzędzi nowoczesnej nauki, pozwalające nam odkrywać sekrety kosmosu i żywych organizmów. Niektóre przyrządy diametralnie odbiegają od tradycyjnego wyobrażenia o urządzeniach obserwacyjnych. Tego typu urządzeniem jest też konstrukcja stworzona przez zespół z Caltech, który wykorzystał pokrętne prawa fizyki kwantowej do wejścia w mikroświat dużo głębiej, niż było to dotychczas możliwe.
Mikroskop kwantowy Caltechu wykorzystuje pary splątanych fotonów do podwojenia rozdzielczości obrazów bez uszkadzania próbki. Jak to możliwe, że przyrządy badawcze mogą niszczyć obserwowane materiały?
Mikroskopy mogą obrazować tylko obiekty lub szczegóły o rozmiarach połowy długości fali używanego światła – dlatego w przypadku mikroskopów optycznych szczegóły można zobaczyć do rozmiarów około 200 nanometrów. Wykorzystanie fotonów o krótszych długościach fal, takich jak ultrafiolet, generuje większą energię i w efekcie — próbka bombardowana tą energią może ulec zniszczeniu.
Przyrząd kwantowy rozwiązuje ten problem, splątując dwa fotony w bifoton, który zachowuje się jak pojedynczy foton o niższej energii i połowie długości fali.
Kwantowe oko widzące głębiej
Aby osiągnąć efekt splątania, urządzenie wymaga starannej konfiguracji optycznej. Najpierw światło lasera jest przepuszczane przez specjalny kryształ, który przekształca niektóre fotony w bifotony. Te splątane pary są następnie rozdzielane i wysyłane dwiema równoległymi ścieżkami – jeden foton przechodzi przez obrazowaną próbkę, a drugi go unika. Następnie fotony trafiają do detektora, gdzie można przeanalizować dane i zbudować obraz.
Badania pokazały, że mikroskop kwantowy wykazuje rozdzielczość dwukrotnie większą niż klasyczne przyrządy. Zespół twierdzi, że jedyną wadą jest to, że bifotony powstają bardzo rzadko – kryształ wyrzuca około jednego bifotonu na milion fotonów. Na szczęście takie lasery wytwarzają oszałamiającą liczbę fotonów na impuls.
Zespół pracuje obecnie nad ulepszeniem urządzenia. Po więcej szczegółów dotyczących badań odsyłamy do oficjalnej publikacji naukowej zespołu.
