Ученым измерили расстояние с помощью лазера с точностью до квантового шума

Ученые создали метод измерения расстояний с помощью лазерных лучей, работающий даже в нерегулярной и сложно среде. Об этом пишет Nature Physics.

Лазерные лучи можно использовать для точного измерения положения или скорости объекта. Но для этого обычно требуется четкий и беспрепятственный обзор этого объекта. Это условие не всегда выполнимо. В биомедицине, например, исследуются структуры, которые находятся в нерегулярной и сложной среде. В таких условиях лазерный луч попросту отклоняется, рассеивается или преломляется.

Ученые из Утрехтского университета и TU Wien смогли получить измерения заданной точности даже в таких сложных условиях. Они специально модифицировали лазерный луч так, чтобы он доставлял желаемую информацию в неупорядоченной среде.

«Максимально возможная точность измерений — это центральный элемент всех естественных наук», — говорит Стефан Роттер из TU Wien. — «Например, в огромной установке LIGO, которая используется для обнаружения гравитационных волн, лазерные лучи посылают на зеркало, а изменения расстояния между лазером и зеркалом измеряются с чрезвычайной точностью».

Это работает так хорошо только потому, что лазерный луч проходит через сверхвысокий вакуум.

«Но давайте представим стеклянную панель, не идеально прозрачную, а грубую и неотшлифованную, как окно в ванной», — продолжает Аллард Моск из Утрехтского университета. «Свет, конечно, проходит, но преломляясь. Световые волны изменяются и рассеиваются, поэтому мы не можем точно увидеть объект по другую сторону окна невооруженным глазом». Аналогичная ситуация происходит тогда, когда необходимо исследовать крошечные объекты внутри биологической ткани: неупорядоченная среда мешает лучу света. Тогда простой регулярный прямой лазерный луч превращается в сложную волновую структуру, которая отклоняется во всех направлениях.

Но если точно знать, что мешающая среда делает со световым лучом, можно изменить ситуацию: создать сложный волновой узор вместо простого прямого лазерного луча, который преобразуется в точно желаемую форму. из-за беспорядков и ударов именно там, где необходимо добиться наилучшего результата. «Чтобы достичь этого, вам даже не нужно точно знать, что это за нарушения», — объясняет Дориан Буше, первый автор исследования. «Достаточно сначала отправить серию пробных волн через систему, чтобы изучить, как они меняются системой».

Метод был подтвержден экспериментально в Утрехтском университете: лазерные лучи направлялись через неупорядоченную среду в виде мутной пластины. Затем исследователи рассчитали оптимальные волны для анализа объекта за пределами пластины — это удалось сделать с точностью до нанометров.

Ученые смогли показать, что метод не только работает, но и является оптимальным в физическом смысле: «Точность нашего метода ограничена только так называемым квантовым шумом», — объясняет Аллард Моск. «Этот шум возникает из-за того, что свет состоит из фотонов — с этим ничего нельзя поделать».


Читайте также:

Спутник Сатурна Титан удивительно похож на Землю. Какие у человечества на него планы?

Большое количество серых китов начали голодать и умирать в Тихом океане

Треть переболевших COVID-19 возвращаются в больницу. Каждый восьмой — умирает

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Живые башни из червей: посмотрите на «суперорганизм», который нашли в саду
Наука
Имплантат сетчатки из нанопроводов восстановил зрение у мышей
Наука
На российских сайтах хотят запретить авторизацию через почту Google
Новости
ИИ против айтишников: как новые инструменты меняют ИТ-бизнес
Мнения
Оказалось, Apple Watch «обманывают» в подсчете калорий
Новости
Китай впервые проверил квантовую связь QSDC на борту многоразовой ракеты
Наука
В Москве пройдет форум MOSТИМ 2025 — обсудят цифровизацию в строительстве и выберут лучших в BIM
Новости
Россиянам могут заблокировать входящие звонки из-за рубежа
Новости
Страдающее «лицо» появилось на Солнце: ученые фиксируют поток частиц в сторону Земли
Космос
Маск и Трамп начали войну в соцсетях: что произошло и какие будут последствия
Кейсы
В Нижнем Новгороде создали «умный» материал для 3D-печати человеческих тканей
Наука
ИИ против супербактерий: в ИТМО создали платформу для поиска новых лекарств
Новости
Парк промышленных роботов в России вырос на 62% за один год
Новости
Геофизики объяснили загадочное ускорение сейсмических волн в недрах Земли
Наука
Семь российских вузов разделят 4,7 млрд рублей на исследования в области ИИ
Иннополис
Найден способ изучать квантовые состояния, которые десятилетиями не получалось поймать
Наука
Каталог кейсов применения квантовых технологий представили в России
Новости
Ozempic и мужское здоровье: как препарат влияет на либидо и восприятие размера пениса
Наука
Землю 2.0 нашли рядом со звездой, похожей на Солнце
Космос
Рыбу «Судного дня» случайно нашли в на пляже: почему ее опасаются
Наука