Позамежна суперздатність: новий квантовий прилад може бачити невидиме
Навіть найкращі наукові інструменти виявляються марними, якщо світло надто слабке, фоновий шум надто сильний, а зразки дослідження надто чутливі. Впоратися з цією недосконалістю вдалося американським ученим.
Про це повідомляє interestingengineering.com.
Фізики з Іллінойського університету створили новий тип вимірювального приладу, який використовує квантові принципи, щоб бачити майже невидимі речі з неймовірною точністю.
Квантовий інтерферометр здатний виконувати швидкі й точні вимірювання в нанометровому масштабі, навіть у несприятливих або складних умовах.
Що може новий прилад
Звичайні інтерферометри пропускають світло двома шляхами: один через зразок, а інший — як еталон. Коли два світлових промені зустрічаються знову, те, як вони інтерферують (або нейтралізують один одного, або сумуються), виявляє крихітні зміни відстані або товщини матеріалу.
Цей метод свого часу допоміг виявити гравітаційні хвилі та дослідити сітківку людини для діагностики захворювань, але він не впорається у складних ситуаціях. Якщо зразок не пропускає світло легко або якщо в навколишньому середовищі багато розсіяного світла, інтерференційну картину стає важко прочитати.
До того ж, деякі чутливі зразки, як-от металеві плівки або живі тканини, не переносять яскравого світла. Тут-то і стане в пригоді новий інтерферометр — замість використання звичайних світлових хвиль він використовує пари фотонів (частинок світла).
Різнокольорові фотони
Із двох заплутаних фотонів один проходить через зразок, а інший йде опорним шляхом, їхнє возз'єднання створює інтерференційну картину. Навіть якщо зразок блокує світло або навколишнє середовище занадто яскраве, заплутані фотони все одно створюють сильний, чіткий сигнал, якщо обидва виявляються одночасно.
Щоб ще більше поліпшити інтерферометрію, дослідники використовували явище, зване екстремальною колірною заплутаністю. Це означає, що два фотони в парі мають дуже різні кольори, наприклад, червоний і синій, а не просто різні відтінки червоного. Що більша різниця в кольорі, то чутливіший вимір.
Результат був вражаючим. Квантовий інтерферометр міг вимірювати крихітні відстані або особливості поверхні навіть на складно розрізнюваних світлочутливих матеріалах всього за кілька секунд.
Як заявляють учені, цей новий інструмент може стати переломним моментом у багатьох галузях науки і техніки. Наприклад, у медицині він може дозволити лікарям отримувати зображення делікатних тканин, не пошкоджуючи їх.
У біології це допоможе вивчати світлочутливі істоти, як-от водорості, без необхідності в яскравому світлі, яке змінює їхню поведінку.
Щоправда, нинішня версія вимагає складної установки з безліччю дрібних компонентів, ретельно розташованих і з'єднаних один з одним. Але дослідники налаштовані оптимістично й обіцяють у майбутньому розв'язати і цю проблему.
Раніше стало відомо, що квантові батареї можуть значно підвищити ефективність сонячних елементів, даючи їм змогу набагато швидше захоплювати і зберігати сонячну енергію. Також вони можуть сприяти створенню більш ефективних і потужних електронних пристроїв.
Раніше Фокус повідомляв, що квантовий комп'ютер впорався з неоднозначним завданням. Завдяки зусиллям американських дослідників, було продемонстровано перевагу квантового масштабування для наближеного вирішення завдань оптимізації з використанням квантового відпалу.