Bij conventionele beeldvormingsmethoden een bundel fotonen (of andere deeltjes) wordt door het af te beelden object gereflecteerd. Nadat de straal naar een detector is gereisd, de daar verzamelde informatie wordt gebruikt om een ​​foto of ander soort afbeelding te maken. In een alternatieve beeldvormingstechniek genaamd "spookbeeldvorming, " het proces werkt een beetje anders:een afbeelding wordt gereconstrueerd uit informatie die wordt gedetecteerd uit een straal die nooit daadwerkelijk interageert met het object.

De sleutel tot spookbeeldvorming is het gebruik van twee of meer gecorreleerde bundels deeltjes. Terwijl een straal interageert met het object, de tweede straal wordt gedetecteerd en gebruikt om het beeld te reconstrueren, ook al interageert de tweede straal nooit met het object. Het enige aspect van de eerste bundel die wordt gedetecteerd, is de aankomsttijd van elk foton op een afzonderlijke detector. Maar omdat de twee stralen gecorreleerd zijn, het beeld van het object kan volledig worden gereconstrueerd.

Terwijl twee bundels meestal worden gebruikt bij spookbeeldvorming, recent onderzoek heeft hogere-ordecorrelaties aangetoond, dat wil zeggen, correlaties tussen drie, vier, of vijf balken. Spookbeelden van hogere orde kunnen leiden tot verbeteringen in de zichtbaarheid van afbeeldingen, maar het heeft het nadeel dat gecorreleerde gebeurtenissen van een hogere orde een lagere kans op detectie hebben, wat een lagere resolutie veroorzaakt.

In een nieuwe krant een team van natuurkundigen van de Australian National University in Canberra heeft twee primeurs behaald in spookbeeldvorming van hogere orde:de eerste demonstratie van spookbeeldvorming van hogere orde met massieve deeltjes (ze gebruiken ultrakoude heliumatomen) en de eerste spookbeeldvorming van hogere orde die gebruikt gecorreleerde bundels van een kwantumbron. Als hun kwantumbron, gebruikten de onderzoekers twee botsende Bose-Einstein-condensaten, dat zijn clusters van atomen die zijn afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt. Bij zulke koude temperaturen de atomen in een Bose-Einstein-condensaat klonteren samen en gedragen zich als een enkel gigantisch atoom.

In hun werk, de onderzoekers voerden experimenten uit met correlaties tussen maximaal vijf heliumatomen. Ze toonden aan dat, onder bepaalde omstandigheden, spookbeeldvorming van hogere orde met massieve deeltjes uit een kwantumbron kan de zichtbaarheid van het beeld verbeteren zonder de resolutie aan te tasten.

"Ik denk dat het grootste belang van ons werk vooral is dat we kunnen laten zien dat zo'n uitdagend experiment mogelijk is, natuurkundige Sean Hodgman van de Australian National University, eerste auteur van het artikel, vertelde Phys.org . "Er is een zeer klein aantal gecorreleerde gebeurtenissen met meerdere deeltjes in een kwantumbron, dat is gedeeltelijk waarom het niet eerder is aangetoond met optica, en dit betekent dat zelfs na vele tienduizenden experimentele runs slechts zeer weinig gebeurtenissen beschikbaar zijn om een ​​spookbeeld van te reconstrueren."

De hier gedemonstreerde verbeteringen kunnen vooral gunstig zijn voor toepassingen die een hoge zichtbaarheid vereisen, maar die gemakkelijk kunnen worden beschadigd. Dit komt omdat de techniek het potentieel heeft om de doseringssnelheden te verlagen, waardoor de potentiële stralingsschade aan het monster wordt verminderd. Een dergelijke toepassing is atomaire spooklithografie.

"Atomaire spooklithografie zou zijn als normale atoomlithografie, maar het gebruik van gecorreleerde bundels zou real-time monitoring van het lithografische proces mogelijk maken, Hodgman zei. "Correlaties van hogere orde zouden de spooklithografie verbeteren door lagere fluxen met dezelfde signaalkwaliteit mogelijk te maken, wat belangrijk is omdat hoge fluxen schade aan het monster kunnen veroorzaken."

Met verder werk, hogere-orde kwantumspookbeeldvorming kan ook worden gebruikt om fundamentele tests van de kwantummechanica uit te voeren, zoals het aantonen van verstrengeling tussen meerdere atomen of, in een verwante geest, het maken van Bell's ongelijkheidsmetingen met behulp van drie of meer deeltjes.

© 2019 Wetenschap X Netwerk