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
«Уэбб» раскрыл тайну центра Млечного Пути: почему там формируется слишком мало звезд
Космос
Рак распространяется как сеть: российские ученые наблюдали в 3D особенности развития опухолей
Наука
Солнечная буря сдавила магнитное поле Юпитера «как гигантский мяч для сквоша»
Космос
Анализ крови определяет стадию болезни Альцгеймера с точностью 92%: это поможет подобрать терапию
Наука
ИИ впервые прошел тест Тьюринга: GPT-4.5 обманул людей в 73% случаев
Новости
В Сколково нашли способ увеличить емкость суперконденсаторов для электромобилей
Наука
ИИ ускорил поиск дефектов трубопроводов в 30 раз
Новости
Под пирамидами Гизы нашли «скрытый город», но с учеными согласны не все
Наука
В Земле нашли «червоточину»: что происходит с литосферой
Наука
Появились новые фото угрожающего Земле астероида
Космос
Российский ИТ-рынок замедляется: почему это происходит и что дальше
Новости
«Яндекс» запустил конкурента Google и ChatGPT: чем отличается и как работает
Новости
Трагедию с Xiaomi на автопилоте начали расследовать в Китае
Новости
Посмотрите, как выглядит самый быстрый пассажирский самолет в мире
Новости
Странная форма материи меняет планеты: как она повлияет на Землю
Космос
Новые фотодиоды в 10 раз чувствительнее аналогов: они пригодятся в медицине
Наука
В России создадут региональный совет по дронам: зачем он нужен
Новости
Государство компенсирует бизнесу 20% затрат на роботов: как работает система
Новости
Разработан маршрутизатор для фотонов: он объединит квантовые компьютеры в единую сеть
Наука
ИИ обнаружил два новых гена, которые влияют на риск ишемического инсульта
Наука