Создан первый микроскоп на запутанных фотонах

Ученые из университетов Осаки и Хоккайдо разработали метод световой микроскопии, который использует запутанные фотоны для придания большей контрастности изображению. По словам физиков, точность нового метода на 30 процентов превышает стандартный квантовый предел четкости для обычных фотонов. Исследование выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, кратко он нем пишет блог издания Technology Review.

Метод является дополнением вида оптической микроскопии, в котором изображение формируется за счет интерференции пучков света, проходящих через объект. Темные и светлые области формируются тогда, когда путь, пройденный одним из пучков, отличается от пути другого (например, за счет разной высоты в разных точках объекта).

Интерференция позволяет уловить очень небольшую разницу в плотности или высоте разных частей объекта, но точность этих измерений и, соответственно, контрастность изображения, ограничена принципом неопределенности Гейзенберга. Новый метод позволяет преодолеть этот стандартный квантовый предел за счет использования запутанных частиц, которые несут больше информации друг о друге, чем независимые фотоны (принцип неопределенности при этом не нарушается).

В качестве тестового объекта ученые использовали пластинку стекла, на которой в рельефе была нанесена буква «Q». Высота рельефа составляла всего 17 нанометров. При использовании обычных фотонов для подсветки пластины изображение оказалось настолько шумным, что было едва видно. Когда использовался источник запутанных фотонов с соответствующим методом обработки, контрастность изображения выросла почти на треть.

Источники запутанных фотонов сейчас используются преимущественно для исследования возможностей квантовой криптографии. Измерение квантового состояния (обычно базиса поляризации) одной из запутанных частиц дает информацию о другой, что можно использовать для кодирования информации.