În cadrul unui studiu, a fost dezvoltată o nouă tehnică de holografie cuantică-mecanică care poate genera holograme ale obiectelor dorite, fără ca oamenii de știință să capteze vreodată în mod direct lumina reflectată de acele obiecte. Această descoperire nouă și surprinzătoare poate avea aplicații biomedicale.
O hologramă este o imagine care, atunci când este iluminată, acționează ca o fereastră 2D care surprinde o scenă 3D. Holografia convențională creează holograme folosind un fascicul laser pentru a scana un obiect și a codifica datele acestuia în cadrul unui mediu de înregistrare, cum ar fi un film sau o placă.
Holografia poate avea multe utilizări dincolo de afișarea imaginilor. De exemplu, ajutând la reconstrucția formei și structurii 3D a unui obiect, hologramele au fost considerate o „revoluție progresivă în medicină” – cu aplicații numeroase în multe domenii, cum ar fi ortopedie, neurologie și altele.
„Cu toate acestea, senzorii de lumină folosiți în holografie funcționează cel mai bine cu lungimi de undă vizibile. Multe aplicații biomedicale pentru holografie ar beneficia de utilizarea luminii infraroșu de undă medie, care este mai dificilă de detectat”, a declarat autorul principal al studiului Markus Gräfe, fizician în cadrul Institutului Fraunhofer pentru Optică Aplicată și Inginerie de Precizie din Jena, Germania.
Cu ajutorul naturii suprareale a fizicii cuantice, Gräfe și colegii săi au descoperit o modalitate de a crea holograme ale obiectelor, fără a detecta vreodată lumina reflectată de acestea.
„Lumina care luminează obiectul nu este niciodată detectată. Lumina care este detectată nu a interacționat cu obiectul”, a declarat Gräfe.
O caracteristică importantă a fizicii cuantice este aceea că universul devine de neînțeles la cele mai mici niveluri de analiză. De exemplu, atomii și alte elemente de construcție ale cosmosului pot exista în stări de flux cunoscute sub numele de „suprapoziții”, ceea ce înseamnă că pot fi localizați în esență în două sau mai multe locuri simultan.
O consecință a fizicii cuantice este inseparabilitatea cuantică, în care particulele multiple sunt cuplate și se pot influența reciproc instantaneu, indiferent de cât de departe sunt. O modalitate de a genera fotoni inseparabili este prin direcționarea unui fascicul de lumină către un așa-numit „cristal neliniar” special, care poate împărți fiecare foton în doi fotoni cu energie inferioară și cu lungime de undă mai mare (aceste perechi rezultate nu au neapărat aceeași lungime de undă).
În cadrul acestui studiu, cercetătorii au folosit un cristal neliniar pentru a împărți un fascicul laser violet în două fascicule, unul în spectrul infraroșu îndepărtat, iar celălalt în infraroșu apropiat. Apoi au folosit fasciculul din spectrul infraroșu îndepărtat pentru a lumina o probă – o placă de sticlă gravată cu simboluri – în timp ce au folosit o cameră pentru a înregistra lumina din spectrul infraroșu apropiat. Cu ajutorul inseparabilității, aceștia ar putea folosi datele din lumina infraroșu apropiat pentru a reconstrui o hologramă pe baza detaliilor obiectului scanat de fascicul roșu îndepărtat.
„Este posibil să se efectueze imagistică și holografie având lumină diferită pentru iluminare și detectare, prin exploatarea proprietăților cuantice ale luminii”, a declarat Gräfe.
Prin modificarea modului în care cristalele neliniare și alte componente manipulează lumina, această nouă tehnică de „holografie cuantică” ar putea folosi, de exemplu, un fascicul infraroșu de unde medii pentru a scana un obiect, în timp ce folosește fasciculul din spectrul vizibil partener (care poate fi apoi detectat de către senzorii convenționali de lumină vizibilă) pentru a genera holograma.