Новости

Открыт способ создания квантовой голограммы

Физики из Университета Глазго (Великобритания) открыли новый способ создания голограмм с использованием явления квантовой запутанности.

Исследование опубликовано в журнале Nature, коротко о нем рассказывает The Conversation.

Голография была изобретена в начале 1950-х годов венгерско-британским физиком Деннисом Габором, который в 1971 году получил за свое открытие Нобелевскую премию по физике. Сейчас голограммы есть на кредитных картах и банкнотах, они появляются в фантастических фильмах и даже «вживую» на сцене, когда давно умерший рэпер Тупак «воплотился» в голографическом изображении на музыкальном фестивале Coachella в 2012 году.

Голография является важным инструментом для множества практических приложений, включая хранение данных, биологическую микроскопию, медицинскую визуализацию и медицинскую диагностику.

Классическая голография создает двумерную визуализацию трехмерных объектов с помощью луча лазерного света, разделенного на два пучка. Первый пучок, называемый объектным, освещает объект голографии, а рассеянный свет собирается камерой или специальной голографической пленкой. Второй пучок, называемый опорным, направляется зеркалами непосредственно на ту же пленку.

Голограмма образуется благодаря явлению интерференции, которое создает сложный волновой узор в пространстве, содержащий области, где волны компенсируют друг друга (впадины), и области, где они складываются (гребни).

Для создания голограммы требуется оптическая когерентность — свет должен везде иметь одинаковую частоту. Свет, излучаемый лазером, когерентен и поэтому используется в большинстве голографических систем.

Новое исследование позволяет обойти необходимость когерентности в голографии, используя явление квантовой запутанности в парах фотонов. Эти пары обладают уникальным свойством: когда две частицы запутаны, они внутренне связаны и действуют как единый объект, даже если они разделены в пространстве. 

В работе шотландских физиков два фотона каждой пары разделяются и отправляются в двух разных направлениях. Один фотон направляется на объект, которым может быть, например, предметное стекло микроскопа с биологическим образцом на нем. Когда он попадает в объект, фотон будет немного отклоняться или немного замедляться в зависимости от толщины материала образца, через который он прошел. Но, как квантовый объект, фотон обладает удивительной способностью вести себя не только как частица, но и одновременно как волна.

Такое свойство дуальности волна — частица позволяет фотону не только исследовать толщину объекта в точном месте, где он попадает в него, но и сразу измерять его толщину по всей длине. Толщина образца — и, следовательно, его трехмерная структура — «отпечатывается» на фотоне.

Поскольку фотоны запутаны, изменение состояния одного из фотонов в результате взаимодействия с образцом одновременно происходит и со вторым фотоном из пары. Таким образом, голограмма получается путем измерения корреляции между фотонами.

Самый впечатляющий аспект этого квантового голографического подхода — явление интерференции возникает даже в том случае, если фотоны разделены любым расстоянием. Таким образом, объект, который мы изучаем, и второй фотоприемник могут находиться даже в разных полушариях планеты.

Кроме того, квантовая голография обеспечивает практические преимущества — лучшую стабильность и устойчивость к шумам. Это означает, что мы сможем создавать биологические изображения гораздо лучшего качества, чем те, которые получаются с помощью современных методов микроскопии. Вскоре этот квантовый голографический подход можно будет использовать для изучения биологических структур и механизмов внутри клеток, которые ранее никогда не наблюдались в трехмерном изображении.

Фото: University of Glasgow, Shutterstock

Дисплей создает голограммы, которые можно видеть, слышать и чувствовать

Эксперименты со скоростью света

Читайте также
Физики смогли сделать «невозможное»: создавать и уничтожать магнитные поля дистанционно
Физики смогли сделать «невозможное»: создавать и уничтожать магнитные поля дистанционно
Новое исследование опровергает теорему, доказанную 178 лет назад.
Эксперимент опроверг возможность «эффекта бабочки»
Эксперимент опроверг возможность «эффекта бабочки»
Симуляцию путешествия во времени создали с использованием квантового компьютера.
Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы
Необычное излучение нейтронных звезд, возможно, доказывает существование неуловимой частицы
Существование аксионов пока не удалось доказать, но теперь есть новая область для их поиска.