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A imagem total ou a intensidade direta é obtida pelo acúmulo de luz na câmera. Com a técnica, os pesquisadores conseguem separar a imagem quântica do "gato morto" e subtrair essa imagem à imagem total para obter a imagem clássica do "gato vivo". Crédito: Universidade de Glasgow / H. Defienne
Os atuais microscópios de super-resolução ou tecnologias de varredura a laser de microarrays são conhecidos por suas altas sensibilidades e resoluções muito boas. No entanto, eles implementam alta potência de luz para estudar amostras, amostras que podem ser sensíveis à luz e, assim, ficar danificadas ou perturbadas quando iluminadas por esses dispositivos.
Atualmente, as técnicas de imagem que empregam luz quântica estão aumentando em importância, uma vez que suas capacidades em termos de resolução e sensibilidade podem superar as limitações clássicas e, além disso, não danificam a amostra. Isso é possível porque a luz quântica é emitida em fótons únicos e usa a propriedade de emaranhamento para atingir regimes de menor intensidade de luz.
Agora, embora o uso de luz quântica e detectores quânticos tenha experimentado um desenvolvimento constante nos últimos anos, ainda existem alguns problemas que precisam ser resolvidos. Os detectores quânticos são eles próprios sensíveis ao ruído clássico, o ruído que pode acabar sendo tão significativo que pode reduzir ou até cancelar qualquer tipo de vantagem quântica sobre as imagens obtidas.
Assim, lançado há um ano, o projeto europeu Q-MIC reuniu uma equipe internacional de pesquisadores com diferentes conhecimentos que se reuniram para desenvolver e implementar tecnologias de imagem quântica para criar um microscópio quântico aprimorado, capaz de ir além das capacidades atuais. tecnologias de microscopia.
Em um estudo publicado recentemente na Sciences Advances , os pesquisadores Hugo Defienne e Daniele Faccio, da Universidade de Glasgow e parceiros do projeto Q-MIC, relataram uma nova técnica que usa a destilação de imagens para extrair informações quânticas de uma fonte iluminada que contém ambos informação quântica e clássica.
Em seu experimento, os pesquisadores criaram uma imagem final combinada de um gato "morto" e "vivo" usando duas fontes. Eles usaram uma fonte quântica acionada por um laser para criar pares emaranhados de fótons, que iluminavam um cristal e passavam por um filtro para produzir uma imagem infravermelha (800 nm) de um "gato morto" ou o que eles chamam de "gato quântico" . " Paralelamente, eles usaram uma fonte clássica com um LED para produzir a imagem de um "gato vivo". Em seguida, com uma configuração óptica, eles sobrepuseram as duas imagens e enviaram a imagem combinada para uma câmera CCD especial conhecida como dispositivo acoplado de carga multiplicada por elétrons (EMCCD).
Com essa configuração, eles foram capazes de observar que, em princípio, ambas as fontes de luz têm o mesmo espectro, intensidade média e polarização, tornando-as indistinguíveis de uma única medida da intensidade. Mas, enquanto os fótons que vêm da fonte clássica coerente (a luz do LED) não são correlacionados, os fótons que vêm da fonte quântica ( pares de fótons ) são correlacionados em posição.
Usando um algoritmo, eles foram capazes de usar essas correlações de fótons em posição para isolar a imagem condicional em que dois fótons chegam aos pixels vizinhos na câmera e recuperam a imagem "iluminada quântica" sozinha. Consequentemente, a imagem clássica de "gato vivo" também foi recuperada após a subtração da imagem quântica da imagem direta de intensidade total.
Outra questão surpreendente desse método é que os pesquisadores também foram capazes de extrair informações quânticas confiáveis, mesmo quando a iluminação clássica era dez vezes maior. Eles mostraram que, mesmo quando a alta iluminação clássica diminuiu a qualidade da imagem, eles ainda eram capazes de obter uma imagem nítida da forma da imagem quântica.
Essa técnica abre um novo caminho para imagens quânticas e microscópios quânticos aprimorados que visam observar amostras ultra-sensíveis. Além disso, os resultados deste estudo mostram que essa técnica pode ser de extrema importância para as comunicações quânticas. A capacidade de misturar e extrair informações específicas transportadas pela luz quântica e clássica poderia ser usada para técnicas de criptografia e informações de codificação. Em particular, poderia ser usado para ocultar ou criptografar informações dentro de um sinal ao usar detectores convencionais.
Daniele Faccio comenta: "Essa abordagem traz uma mudança na maneira como somos capazes de codificar e decodificar informações em imagens, que esperamos encontrar aplicações em áreas que vão da microscopia ao LIDAR secreto".
Mais informações: Hugo Defienne et al., Destilação de imagem quântica, Science Advances (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aax0307
Informações da revista: Science Advances
Fornecido pelo ICFO
Fonte: Physic.OrgObrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science andthePublic (SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA
(NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA
GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela
NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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