Физики заявили о прорыве в квантовой голографии

Физики Университета Глазго заявили о прорыве в области квантовой голографии, которая позволяет создавать четкие и детализированные изображения, убирая помехи от нежелательных источников света и других внешних воздействий. В основе метода лежит квантовая запутанность поляризаций фотонов, когда свойства частиц оказываются взаимозависимы, несмотря на разделяющее их расстояние. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics. Кратко о прорывном исследовании рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.

В обычной голографии изображение предмета чаще всего создается с помощью лазерного луча, который разделяется на два луча, называемых объектным и опорным. Объектный луч расширяется и освещает предмет, отражаясь и попадая затем на фотографическую пластинку. Опорный луч не касается предмета, отражается от зеркала и также падает на пластинку, взаимодействуя с лучом, отраженным от предмета, и создавая интерференционную картину. Во время экспонирования источники света, объект и пластинка должны оставаться неподвижными относительно друг друга, иначе голограмма будет испорчена.

Для живых объектов и нестабильных материалов голография возможна только при использовании интенсивного и короткого импульса света, что представляет опасность и проводится почти всегда в лабораториях со специальным оборудованием.

В новом методе квантовой голографии также используются два луча, но они никогда не взаимодействуют друг с другом. Луч голубого лазера проходит через кристалл, разделяющий его на два пучка запутанных фотонов. Когда что-то изменяет свойства (направление движения и поляризация) фотона в одном пучке, это влияет и на свойства запутанного с ним фотона в другом. Как и в классической голографии, один луч используется для освещения объекта, при этом изменяются фазы световых волн в пучке.

Второй луч попадает в пространственный модулятор света, который частично снижает скорость проходящих через него фотонов. В результате световые волны приобретают иную фазу относительно своих спутанных партнеров. Голограмма получается путем измерения корреляции между позициями запутанных фотонов с использованием отдельных мегапиксельных цифровых камер. Высококачественное изображение объекта получается путем объединения четырех голограмм, полученных для четырех различных фазовых сдвигов, накладываемых модулятором.

В эксперименте фазовое изображение было получено для нескольких объектов: букв UofG на жидкокристаллическом дисплее, птичьего пера и капли масла на предметном стекле микроскопа. Ученые отмечают, что квантовая голография лишена недостатков классической голографии, что позволяет создавать детализированные изображения, полезные для медицинских целей, например, визуализации функций отдельных клеток.

Леонид Немов