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.