Nové zařízení umožňuje zobrazování pomocí fotonů, které nikdy neinteragovaly s objektem a přináší tak revoluci v chápání vztahu mezi světlem a hmotou.
Skupině vědců se podařilo vyvinout systém pro fotografování objektů pomocí světla, které s nimi nikdy nebylo v kontaktu. Tento průlomový objev, který zpochybňuje naše běžné chápání optiky, využívá vlastností kvantového provázání k získání vizuálních informací o objektech, aniž by světlo použité k detekci s nimi přímo interagovalo a otevírá tak nové možnosti neinvazivního pozorování.
Podle časopisu Optica Quantum se týmu vedenému Gabrielou Barreto Lemosovou z Vídeňské univerzity podařilo tento princip experimentálně prokázat. Práce provedená ve spolupráci s fyzikem Antonem Zeilingerem, nositelem Nobelovy ceny za rok 2022, potvrzuje, že kvantové korelace lze použít pro praktické problémy, jako je například vysoce přesné zobrazování.
Když fotony odhalí to, co nikdy předtím neviděly
Experiment využívá sofistikované optické uspořádání s krystaly boritanu barnatého, které generují páry propletených fotonů. Pozoruhodné na tomto systému je, že umisťuje fotografovaný objekt – masku s písmeny „Q“ a „M“ – pouze do cesty infračerveným fotonům, přičemž jsou detekovány pouze viditelné fotony, které nikdy neprošly v blízkosti objektu.
Tato technika, která souvisí s jevy, jež NVIDIA v současnosti zkoumá ve své kvantové laboratoři, odporuje tradičním principům fotografie. Na rozdíl od běžných systémů, kde fotony musí interagovat s objektem, aby vznikl obraz, zde detekované fotony nikdy nepřijdou do kontaktu s fotografovaným objektem a přesto přesně odhalí jeho tvar.
Praktické využití je významné. Především umožňuje zkoumat materiály, které jsou extrémně citlivé na určité vlnové délky, aniž by se při tom změnily. To má zásadní význam pro studium biologických tkání, které se pod vlivem určitých typů záření zhoršují, nebo světlocitlivých chemických sloučenin, které mění své vlastnosti, jsou-li vystaveny světlu.
Tato technologie rovněž nabízí výhody v oblastech elektromagnetického spektra, kde jsou současné detektory méně účinné. Funguje jako transdukční systém: umožňuje zobrazování v infračerveném nebo rentgenovém záření pomocí detektorů optimalizovaných pro viditelné světlo.
Rakouským výzkumníkům se také podařilo překonat základní fyzikální omezení. Díky kvantovým vlastnostem se jim podařilo obejít omezení daná difrakcí, což je jev, který ovlivňuje všechny konvenční optické systémy a omezuje maximální rozlišení dosažitelné v tradiční mikroskopii.
Výzkumníci budou pokračovat v optimalizaci čipu
Tým, který tuto práci vyvinul ve stejném ústavu, kde nyní vyvíjí technologie pro IBM Quantum System Two, který má být instalován v San Sebastianu, ověřil, že rekonstruovaný obraz jasně zobrazuje objekt, přestože fotony použité k detekci s ním nikdy neinteragovaly.
Podle samotných výzkumníků je dalším cílem miniaturizace. Současný prototyp vyžaduje kompletní optický stůl, ale pracuje se na zmenšení jeho velikosti na kompaktní zařízení pro citlivé klinické aplikace a analýzu materiálů. Pokroky ve výrobě integrovaných optických komponent naznačují, že by tato technologie mohla být v příštích několika letech začleněna do diagnostických zařízení.
https://twitter.com/QuantumYear2025/status/1908218510347821104
Nejvíce fascinující na této práci je vidět, jak kvantová fyzika přeskočí z papíru do reality. Zatímco učebnice hovoří o existenci částic v několika stavech najednou, tento experiment nám ukazuje, že tytéž principy nám mohou pomoci vidět neviditelné, aniž bychom se ho dotkli, což se ještě před deseti lety zdálo nemožné.
Tento vývoj navíc otevírá dveře novým aplikacím v oblastech, jako je bezpečnost a obrana, kde by schopnost zobrazovat bez přímé detekce mohla být neocenitelná. Očekává se také, že bude mít významný dopad na astronomii, protože umožní pozorovat vesmírné jevy s nebývalou přesností pomocí technik, které minimalizují rušivé vlivy světelného pozadí. Časopisy Nature a Science zveřejnily studie, které zdůrazňují potenciál těchto kvantových aplikací v různých oblastech.