De huidige superresolutiemicroscopen of microarray-laserscantechnologieën staan ​​bekend om hun hoge gevoeligheden en zeer goede resoluties. Echter, ze implementeren een hoog lichtvermogen om monsters te bestuderen, monsters die lichtgevoelig kunnen zijn en dus beschadigd of verstoord raken wanneer ze door deze apparaten worden belicht.

Beeldvormende technieken die gebruik maken van kwantumlicht worden tegenwoordig steeds belangrijker, omdat hun capaciteiten in termen van resolutie en gevoeligheid de klassieke beperkingen kunnen overtreffen en, in aanvulling op, ze beschadigen het monster niet. Dit is mogelijk omdat kwantumlicht wordt uitgezonden in enkele fotonen, en het gebruikt de eigenschap van verstrengeling om regimes met een lagere lichtintensiteit te bereiken.

Nutsvoorzieningen, hoewel het gebruik van kwantumlicht en kwantumdetectoren de afgelopen jaren een gestage ontwikkeling doormaakt, er zijn nog een paar problemen die opgelost moeten worden. Quantumdetectoren zijn zelf gevoelig voor klassieke ruis, ruis die uiteindelijk zo belangrijk kan zijn dat het elk soort kwantumvoordeel ten opzichte van de verkregen afbeeldingen kan verminderen of zelfs tenietdoen.

Dus, een jaar geleden gelanceerd, het Europese project Q-MIC heeft een internationaal team van onderzoekers verzameld met verschillende expertises die zijn samengekomen om kwantumbeeldvormingstechnologieën te ontwikkelen en te implementeren om een ​​kwantumversterkte microscoop te creëren die verder gaat dan de mogelijkheden van de huidige microscopietechnologieën.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Wetenschappen vooruitgang , onderzoekers Hugo Defienne en Daniele Faccio van de Universiteit van Glasgow en partners van het Q-MIC-project, hebben gerapporteerd over een nieuwe techniek die beelddestillatie gebruikt om kwantuminformatie te extraheren uit een verlichte bron die zowel kwantum als klassieke informatie bevat.

In hun experiment hebben de onderzoekers creëerden een gecombineerd eindbeeld van een "dode" en "levende" kat door twee bronnen te gebruiken. Ze gebruikten een kwantumbron getriggerd door een laser om verstrengelde fotonenparen te creëren, die een kristal verlichtte en door een filter ging om een ​​infraroodbeeld (800 nm) van een "dode kat, " of wat ze de "kwantumkat" noemen. ze gebruikten een klassieke bron met een LED om het beeld van een 'levende kat' te produceren. Vervolgens, met een optische opstelling, ze legden beide afbeeldingen op elkaar en stuurden het gecombineerde beeld naar een speciale CCD-camera die bekend staat als een elektronenvermenigvuldigd ladingsgekoppeld apparaat (EMCCD).

Met deze opstelling, dat hebben ze kunnen constateren, in principe, beide lichtbronnen hebben hetzelfde spectrum, gemiddelde intensiteit, en polarisatie, waardoor ze niet te onderscheiden zijn van een enkele meting van de intensiteit alleen. Maar, terwijl fotonen die afkomstig zijn van de coherente klassieke bron (het LED-licht) ongecorreleerd zijn, de fotonen die uit de kwantumbron komen (fotonparen), zijn gecorreleerd in positie.

Door een algoritme te gebruiken, ze waren in staat om deze fotoncorrelaties in positie te gebruiken om het voorwaardelijke beeld te isoleren waarbij twee fotonen bij naburige pixels op de camera aankomen en alleen het "kwantum verlichte" beeld op te halen. Bijgevolg, het klassieke "levende kat" -beeld werd ook opgehaald na het aftrekken van het kwantumbeeld van het directe totale intensiteitsbeeld.

Een ander verrassend probleem van deze methode is dat de onderzoekers ook in staat waren om betrouwbare kwantuminformatie te extraheren, zelfs wanneer de klassieke verlichting tien keer hoger was. Ze toonden aan dat zelfs wanneer de hoge klassieke verlichting de kwaliteit van het beeld verminderde, ze waren nog steeds in staat om een ​​scherp beeld te krijgen van de vorm van het kwantumbeeld.

Deze techniek opent een nieuwe weg voor kwantumbeeldvorming en kwantumversterkte microscopen die gericht zijn op het observeren van ultragevoelige monsters. In aanvulling, de resultaten van deze studie laten zien dat deze techniek van het grootste belang kan zijn voor kwantumcommunicatie. De mogelijkheid om specifieke informatie die door zowel kwantum- als klassiek licht wordt gedragen te mixen en extraheren, zou kunnen worden gebruikt voor versleutelingstechnieken en coderingsinformatie. Vooral, het kan worden gebruikt om informatie in een signaal te verbergen of te coderen bij gebruik van conventionele detectoren.

Zoals prof. Daniele Faccio, opmerkingen, "Deze aanpak brengt een verandering teweeg in de manier waarop we informatie in afbeeldingen kunnen coderen en decoderen, waarvan we hopen dat het toepassingen zal vinden op gebieden variërend van microscopie tot geheime LIDAR."