Найден способ получать изображение без детекции прошедших сквозь объект фотонов

XiP8tojjzds1

Картонного кота Шредингера сфотографировали в свете, который сквозь него не проходил.

На фото: Изображение картонного кота, которое было получено в эксперименте. Изображение: Gabriela Barreto Lemos

Физики из Венского университета смогли получить изображение объекта с помощью фотонов, которые никогда с этим объектом не сталкивались. Осуществить это удалось за счет использования квантово запутанных фотонов-двойников с отличающейся длиной волны. Исследование опубликовано в Nature, кратко о нем можно прочитать на сайте издания.

В созданной авторами экспериментальной установке были использованы два кристалла, генерирующих квантово запутанные пары фотонов. Рождающиеся фотоны имели разную длину волны, причем одни из них (холостые) могли взаимодействовать с объектом, но детектор был к их свету нечувствителен. Для других (сигнальных) фотонов, наоборот, объект был непрозрачен, зато они воспринимались фотометром.

ck9u2r6nuOM1

Красные — холостые фотоны, желтые — сигнальные фотоны. O — объект, силуэт кота. NL1 и NL2 — кристаллы, источники фотонных пар. Изображение: Gabriela Barreto Lemos, Nature, 2014

Ученые создали такой оптический путь для объекта, чтобы обе разновидности фотонов могли быть с «себе подобными» — каждый фотон из запутанной пары интерферировал с другими фотонами своей длины волны. При интерференции холостых фотонов, которые прошли сквозь объект, получалось изображение объекта. Но детектировалось не оно, а его двойник — изображение, созданное интерференцией квантово запутанных фотонов другой длины волны.

К настоящему моменту существует несколько методов (например, ghost imaging), которые позволяют получить изображение от тех фотонов, которые не проходили сквозь объект. Однако они всегда требуют детекции в том числе и холостых фотонов. Как указывают авторы, ключевое отличие их метода в том, что он позволяет вообще не проводить детекцию холостых фотонов, но получить из них информацию об изображении. Детектируются при этом только их запутанные двойники.

Исследователи указывают, что, помимо фундаментальной значимости, их метод может найти и практическое применение, причем далеко за пределами квантовой криптографии. Он может применяться тогда, когда для нужной длины волны электромагнитного излучения не существует хороших детекторов. Например, можно просвечивать чувствительные биологические ткани дальними инфракрасными фотонами, а детектировать их видимых двойников с помощью обычной CCD-видеокамеры.