Запредельная суперспособность: новый квантовый прибор может видеть невидимое

Об этом сообщает interestingengineering.com.

Физики из Иллинойского университета создали новый тип измерительного прибора, который использует квантовые принципы, чтобы видеть почти невидимые вещи с невероятной точностью.

Квантовый интерферометр способен выполнять быстрые и точные измерения в нанометровом масштабе, даже в шумных или сложных условиях.

Что может новый прибор 

Обычные интерферометры пропускают свет по двум путям: один через образец, а другой – в качестве эталона. Когда два световых луча встречаются снова, то, как они интерферируют (либо нейтрализуют друг друга, либо суммируются), выявляет крошечные изменения расстояния или толщины материала.

Этот метод в свое время помог обнаружить гравитационные волны и исследовать сетчатку человека для диагностики заболеваний, но он не справляется в сложных ситуациях. Если образец не пропускает свет легко или если в окружающей среде много рассеянного света, интерференционную картину становится трудно прочитать.

К тому же, некоторые чувствительные образцы, такие как металлические пленки или живые ткани, не переносят яркий свет. Тут-то и пригодится новый интерферометр – вместо использования обычных световых волн он использует пары фотонов (частиц света).

Разноцветные фотоны

Из двух запутанных фотонов один проходит через образец, а другой следует по опорному пути, их воссоединение создает интерференционную картину. Даже если образец блокирует свет или окружающая среда слишком яркая, запутанные фотоны все равно производят сильный, четкий сигнал, если оба обнаруживаются одновременно.

Чтобы еще больше улучшить интерферометрию, исследователи использовали явление, называемое экстремальной цветовой запутанностью. Это означает, что два фотона в паре имеют очень разные цвета, например, красный и синий, а не просто слегка отличающиеся красные. Чем больше разница в цвете, тем чувствительнее измерение.

Результат был впечатляющим. Квантовый интерферометр мог измерять крошечные расстояния или особенности поверхности даже на трудноразличимых светочувствительных материалах всего за несколько секунд.

Как заявляют ученые, этот новый инструмент может стать переломным моментом во многих областях науки и техники. Например, в медицине он может позволить врачам получать изображения деликатных тканей, не повреждая их.

В биологии это поможет изучать светочувствительные существа, такие как водоросли, без необходимости в ярком свете, который меняет их поведение.

Правда, нынешняя версия требует сложной установки со множеством мелких компонентов, тщательно расположенных и соединенных друг с другом. Но исследователи настроены оптимистично и обещают в будущем решить и эту проблему.

Ранее стало известно, что квантовые батареи могут значительно повысить эффективность солнечных элементов, позволяя им гораздо быстрее захватывать и хранить солнечную энергию. Также они могут способствовать созданию более эффективных и мощных электронных устройств.

Ранее Фокус сообщал, что квантовый компьютер справился с неоднозначной задачей. Благодаря усилиям американских исследователей, было продемонстрировано преимущество квантового масштабирования для приближенного решения задач оптимизации с использованием квантового отжига.