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
ИИ использует единый центр обработки разных типов данных, как мозг человека
Новости
Японский лунный модуль подлетел к Луне и сфотографировал спутник вблизи
Космос
Дикие рыбы способны запоминать и узнавать дайверов, показал эксперимент
Наука
НАСА на 40% повысило риск падения на Землю астероида, способного уничтожить город
Космос
Биоинженеры создали из мидий и слизи антибактериальный клей
Наука
Телескоп с «глазом лобстера» обнаружил редкую двойную звездную систему
Космос
Solar Orbiter приблизится к Венере, чтобы подняться к полюсу Солнца
Космос
В Китае объединили солнечную энергетику с выращиванием морских огурцов
Новости
Какие навыки нужны системному аналитику
Технологии
Появление речи связали с эволюцией одного белка
Наука
Для запрещенной соцсети проложат крупнейший в мире подводный кабель
Новости
Илон Маск представил Grok 3 — ИИ нового поколения с мощным дата-центром
Новости
Эксперты проверили «чудо» со статуей Девы Марии: что показал ДНК-тест
Наука
Время может двигаться вперед и назад одновременно: что выяснили физики
Наука
Космологический принцип Вселенной поставили под сомнение
Космос
Ядерные часы могут появиться в России уже в 2030 году  
Наука
Эмоции животных теперь можно определить с помощью ИИ
Новости
Создан переключатель генов для клеточной терапии на основе пластыря
Наука
Ученые предположили, что разумная жизнь на Земле — закономерность, а не случайность
Наука
Ледяные шапки на Земле — редкая аномалия, заявляют учение
Наука