Разрешение светового микроскопа увеличили вдвое с помощью квантовой запутанности

Физики нашли способ повысить разрешение микроскопов с помощью запутанных фотонов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Исследователи из Калифорнийского технологического института использовали квантовую запутанность фотонов, чтобы наблюдать объекты слишком маленькие для классических световых микроскопов. Технология позволяет в два раза повысить разрешение полученных снимков.

Исследователи построили оптический прибор, который направляет лазерный свет на особый тип кристалла, преобразующий часть фотонов, проходящих через него, в бифотоны. Такое преобразование происходит очень редко и примерно для одного фотона из миллиона. Используя ряд зеркал, линз и призм, каждый бифотон, состоящий из двух отдельных фотонов, разделяется и перемещается по двум путям, так что один из парных фотонов проходит через отображаемый объект, а другой нет.

Схема устройства микроскопа. Изображение: Zhe He et al., Nature Communications

Фотон, проходящий через объект, называется сигнальным фотоном, а тот, который не проходит, называется холостым. Затем эти фотоны проходят через дополнительные оптические устройства, пока не достигают детектора, подключенного к компьютеру, который создает изображение клетки на основе информации, переносимой сигнальным фотоном. В запутанном состоянии бифотоны, даже во время движения по двум отдельным путям, ведут себя как единый объект с длиной волны вдвое меньше, чем у исходного фотона.

Микроскоп может отображать только детали объекта, минимальный размер которого составляет половину длины волны света, используемого в устройстве. Ее уменьшение означает, что микроскоп может видеть даже более мелкие объекты, что приводит к увеличению разрешения.

Снимок, полученный с помощью классического микроскопа (слева) и оптимизированного с помощью квантовой запутанности (справа). Изображение: Zhe He et al., Nature Communications

Квантовая запутанность — не единственный способ уменьшить длину волны света, используемого в микроскопе. Зеленый свет, например, имеет более короткую длину волны, чем красный, например, а фиолетовый — короче зеленого. Но свет с более короткими длинами волн несет больше энергии. Поэтому свет с длиной волны, достаточно малой для изображения крошечных объектов, несет столько энергии, что может повредить отображаемые объекты, особенно живые существа, такие как клетки. 

Использование альтернативного способа уменьшить длину волны фотонов светового микроскопа позволяет создать устройство с высоким разрешением, которое не вредит живым объектам.


Читать далее:

Тайна «невозможной» древнеегипетской статуи, похоже, разгадана. Но с этим согласны не все

Посмотрите, что произошло с Меркурием, когда он максимально приблизился к Солнцу

Разлученные в детстве медведицы воссоединились: в зоопарке рассказали, как все прошло

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости
«Тостер» для смартфона обновляет зарядку гаджета за секунды
Новости
Гаджет, который научился читать мысли человека, показали на CES 2025
Новости
Эта камера будет снимать на Луне: Nikon представила прототип на CES 2025  
Новости
Ярчайший гамма-всплеск в истории связали с теорией струн и темной материей  
Новости
Наука в фокусе: кто и зачем делает научно-популярные видеоблоги в России
Кейсы
Telegram раскрыл данные о 2000 пользователях в после ареста Дурова
Новости