Camera cuantică oarbă face fotografii cu pisica lui Schrödinger

Exploatând aceeași ciudatenie cuantică care a dat naștere pisicii strigoi a lui Schrödinger în celebrul experiment de gândire, o echipă de cercetare a făcut un portret al unei găuri în formă de pisică în carton, fără a colecta nicio lumină care sări de pisicuța bidimensională. Această cameră oarbă, care cuprinde lasere și cristale, ar putea ajuta oamenii de știință să lumineze lumi microscopice greu de imaginat folosind tehnicile existente, relatează echipa în 28 august. Natură.

„Nu am detectat niciun foton provenind de la obiect, dar am obținut o imagine surprinzător de clară”, spune fizicianul și autorul principal Gabriela Lemos de la Universitatea din Viena.

Experimentul marchează prima dată când o imagine a fost produsă folosind lumină care nu a interacționat niciodată cu subiectul. Tehnicile de imagistică cuantică existente, cum ar fi imagistica fantomă (SN: 9/12/09, str. 12) încă necesită lumină de la obiect pentru a completa imaginea.

Lemos recunoaște că fizica care alimentează noul experiment al echipei ei pare contraintuitivă. „Nici pentru noi nu prea are sens și îmi plac aceste lucruri care ne provoacă imaginația și intuiția.”

Experimentul de masă al echipei începe cu un fascicul laser verde împărțit aleatoriu în două fascicule separate. Această scindare creează două destine posibile pentru fiecare foton. La fel cum pisica lui Schrödinger este și moartă și vie într-o cutie nedeschisă, fiecare foton urmează ambele căi posibile simultan, un fenomen numit suprapunere. Atâta timp cât niciuna dintre căile nu adaugă informații fotonilor, fiecare foton va interacționa cu doppelgangerul său de realitate alternativă atunci când cele două căi se unesc din nou, producând un model de lumină recunoscut. În acest caz, acel model a format o silueta de pisică.

Fotonii din jumătatea stângă a fasciculului divizat intră într-un cristal special care transformă fiecare foton verde primit în doi fotoni, unul galben și unul roșu. Un reflector special direcționează fotonii roșii către o bucată de carton cu o gaură de 3 milimetri, în formă de pisică, tăiată în ea. În timp ce o parte de lumină trece curat prin deschidere, alți fotoni se lovesc de carton.

Configurația aliniază apoi fotonii roșii rămași și jumătatea dreaptă a fasciculului laser verde într-un alt cristal care transformă lumina verde în lumină roșie și galbenă. Acolo unde fotonii roșii care intră blocați de carton ar trebui să fie în cristal, fotonii galbeni nou creați apar, care au fost creați fără să vrea cu informații despre dimensiunea găurii pisicii. În acest moment, informațiile sare din fasciculul roșu către unii dintre fotonii galbeni nou creați.

În cele din urmă, oglinzile direcționează fasciculele de lumină galbenă stânga și dreapta împreună și către un senzor (fotonii roșii sunt aruncați afară). În exteriorul senzorului, unde fotonii galbeni din al doilea cristal transportă informații, cele două fascicule nu interacționează. Cu toate acestea, în interiorul conturului pisicii, fotonii interferează unul cu celălalt, creând un model de lumină indicator. Deși fotonii roșii au interacționat cu pisica, lumina galbenă este cea care pictează imaginea – fotoni care nu s-au apropiat niciodată de pisicuța de carton.

Lemos spune că calitatea imaginii a luat-o prin surprindere. „Mă așteptam la ceva oribil, la ceva complet neclar”, spune ea. „Nici nu am avut nevoie de timpi lungi de expunere; a durat doar o secundă. Când ne-am deplasat prin carton, am văzut imediat schimbarea imaginii.”

Metoda ar putea oferi un mare beneficiu pentru oamenii de știință care imaginează structuri minuscule, cum ar fi circuitele integrate și celulele vii, sugerează Lemos. Camera cuantică poate folosi o lungime de undă a luminii pentru a interacționa cu un obiect și apoi poate muta informațiile într-un interval de lumină care este mai ușor de măsurat, spune ea.

Seth Lloyd, inginer mecanic la MIT, spune că, deși configurația pare promițătoare, timpul va spune dacă depășește tehnicile de imagistică existente. Deocamdată, spune Lloyd, „lucrarea este extrem de mișto – folosește mecanica cuantică pentru a face lucruri care sună extrem de improbabile, dacă nu imposibil; face știința elegantă.”

Nota editorului: Acest articol a fost actualizat la 2 septembrie 2014, prin modificarea imaginii de sus. Imaginea din articol este acum „portretul pisicii” realizat cu configurația experimentală descrisă, mai degrabă decât una strâns legată.