(MR.Cole_Photographer/Moment/Getty Images) Kādreiz hologrammas bija tikai zinātnisks kuriozs. Taču, pateicoties lāzeru straujajai attīstībai, tie pakāpeniski ir nonākuši centrā, parādoties kredītkaršu un banknošu drošības attēlos, kā arī zinātniskās fantastikas filmās – tas ir neaizmirstamākais. Zvaigžņu kari – un pat “dzīvot” uz skatuves, kad sen miris reperis Tupaks faniem reinkarnējās Coachella mūzikas festivālā 2012. gadā.
Hologrāfija ir fotografēšanas process, kurā tiek ierakstīta kāda objekta izkliedēta gaisma un parādīta to trīsdimensiju veidā. 1950. gadu sākumā izgudroja ungāru un britu fiziķis Deniss Gabors. atklājums vēlāk viņam 1971. gadā nopelnīja Nobela prēmiju fizikā.
Papildus banknotēm, pasēm un pretrunīgi vērtētajiem reperiem hologrāfija ir kļuvusi par būtisku instrumentu citiem praktiskiem lietojumiem, tostarp datu glabāšanai, bioloģiskajai mikroskopijai, medicīniskajai attēlveidošanai un medicīniskajai diagnostikai.
Tehnikā, ko sauc par hologrāfisko mikroskopiju, zinātnieki veido hologrammas, lai atšifrētu bioloģiskos mehānismus audos un dzīvās šūnās. Piemēram, šo paņēmienu parasti izmanto, lai analizētu sarkanās asins šūnas, lai noteiktu sarkano asins šūnu klātbūtni malārija parazītiem un spermas šūnu identificēšanai IVF procesiem.
Bet tagad mums ir atklāja jauna veida kvantu hologrāfija, lai pārvarētu parasto hologrāfisko pieeju ierobežojumus.
Šis revolucionārais atklājums varētu uzlabot medicīnisko attēlveidošanu un paātrināt progresu kvantu informācijas zinātne . Šī ir zinātnes nozare, kas aptver visas tehnoloģijas, kuru pamatā ir kvantu fizika , ieskaitot kvantu skaitļošana un kvantu komunikācijas.
Kā darbojas hologrammas
Klasiskā hologrāfija rada trīsdimensiju objektu divdimensiju atveidojumus ar lāzera gaismas staru, kas sadalīts divos ceļos.
Viena stara ceļš, kas pazīstams kā objekta stars, izgaismo hologrāfijas objektu ar atstaroto gaismu, ko savāc kamera vai īpaša hologrāfiska plēve.
Otrā stara ceļš, kas pazīstams kā atsauces stars, tiek atsists no spoguļa tieši uz savākšanas virsmu, nepieskaroties objektam.
Hologramma tiek izveidota, izmērot atšķirības gaismas fāzē, kur abi stari saskaras. Fāze ir apjoms, kurā objekta un objekta staru viļņi sajaucas un traucē viens otru.
Mazliet līdzīgi viļņiem peldbaseina virsmā, traucējumu parādība rada sarežģītu viļņu modeli telpā, kurā ir gan apgabali, kur viļņi atceļ viens otru (siles), gan citi, kur tie pievienojas (virsas).
Traucējumiem parasti ir nepieciešams, lai gaisma būtu “saskaņota” — visur jābūt vienādai frekvencei. Piemēram, lāzera izstarotā gaisma ir koherenta, un tāpēc šāda veida gaisma tiek izmantota lielākajā daļā hologrāfisko sistēmu.
Hologrāfija ar sapīšanās
Tātad optiskā saskaņotība ir būtiska jebkuram hologrāfiskam procesam. Bet mūsu jaunais pētījums apiet hologrāfijas saskaņotības nepieciešamību, izmantojot kaut ko, ko sauc par ' kvantu sapīšanās ' starp gaismas daļiņām sauc fotoni .
Parastā hologrāfija pamatā balstās uz optisko koherenci, jo, pirmkārt, gaismai ir jāiejaucas, lai radītu hologrammas, un, otrkārt, gaismai jābūt koherentai, lai traucētu. Tomēr otrā daļa nav pilnīgi patiesa, jo ir daži gaismas veidi, kas var būt gan nesakarīgi, gan radīt traucējumus.
Tas attiecas uz gaismu, kas sastāv no sapinušiem fotoniem, ko izstaro kvantu avots daļiņu plūsmas veidā, kas sagrupētas pa pāriem – sapinušies fotoni.
Šiem pāriem ir unikāla īpašība, ko sauc kvantu sapīšanās . Kad divas daļiņas ir sapinušās, tās ir savstarpēji saistītas un efektīvi darbojas kā viens objekts, pat ja tās var būt atdalītas telpā. Rezultātā jebkurš mērījums, kas veikts vienai sapinušajai daļiņai, ietekmē sapinušo sistēmu kopumā.
Mūsu pētījumā katra pāra divi fotoni ir atdalīti un nosūtīti divos dažādos virzienos.
Viens fotons tiek nosūtīts uz objektu, kas varētu būt, piemēram, mikroskopa priekšmetstiklis ar bioloģisko paraugu uz tā. Kad tas skar objektu, fotons tiks nedaudz novirzīts vai nedaudz palēnināts atkarībā no parauga materiāla biezuma, kuram tas ir izgājis cauri. Taču fotonam kā kvantu objektam ir pārsteidzoša īpašība uzvesties ne tikai kā a daļiņa , bet arī vienlaikus kā a vilnis .
Tādas viļņu-daļiņu dualitāte īpašība ļauj ne tikai noteikt objekta biezumu precīzā vietā, kur tas tam trāpīja (kā to darītu lielāka daļiņa), bet arī izmērīt tā biezumu visā tā garumā uzreiz. Parauga biezums un līdz ar to tā trīsdimensiju struktūra tiek “iespiests” fotonā.
Tā kā fotoni ir sapinušies, projekcija, kas uzdrukāta uz viena fotona, vienlaikus tiek koplietota abiem.
Interferences parādība tad notiek attālināti, bez nepieciešamības pārklāt starus, un beidzot tiek iegūta hologramma, atklājot divus fotonus, izmantojot atsevišķas kameras, un izmērot korelācijas starp tiem.
Kā tiek veidota hologramma, izmantojot sapinušos fotonus. (Glāzgovas Universitāte)
Šīs kvantu hologrāfiskās pieejas visiespaidīgākais aspekts ir tas, ka traucējumu parādība rodas, pat ja fotoni nekad savstarpēji mijiedarbojas un tos var atdalīt ar jebkādu attālumu — šo aspektu sauc par “nelokalitāti”, un to nodrošina kvantu sapīšanās starp fotoniem.
Tātad objektu, ko mēs izmērām, un galīgos mērījumus varētu veikt planētas pretējos galos.
Papildus šīm pamatinteresēm sapīšanās izmantošana optiskās koherences vietā hologrāfiskā sistēmā sniedz praktiskas priekšrocības, piemēram, labāku stabilitāti un trokšņu noturību. Tas ir tāpēc, ka kvantu sapīšanās ir īpašība, kurai pēc būtības ir grūti piekļūt un kuru ir grūti kontrolēt, un tādēļ tā priekšrocība ir mazāk jutīga pret ārējām novirzēm.
Šīs priekšrocības nozīmē, ka mēs varam iegūt daudz labākas kvalitātes bioloģiskos attēlus nekā tie, kas iegūti ar pašreizējām mikroskopijas metodēm. Drīzumā šo kvantu hologrāfisko pieeju varētu izmantot, lai atšķetinātu bioloģiskās struktūras un mehānismus šūnās, kas nekad iepriekš nebija novērotas. 
Hugo Aizsardzība , Lektore un Marija Kirī Fizikas un astronomijas skolas biedrs, Glāzgovas Universitāte .
Šis raksts ir pārpublicēts no Saruna saskaņā ar Creative Commons licenci. Lasīt oriģināls raksts .