Billeddannelse i øjet og fotografering baserer sig på detektion af lys (fotoner), som har været i kontakt med det objekt, man ønsker at se eller afbilde.
Fysikere fra Universität Wien i Østrig har nu i en artikel i Nature beskrevet, at de kan lave et billede med brug af fotoner, der ikke har været i kontakt med det ønskede objekt. Det er ikke magi, det er kvantemekanik.
Fidusen er, at hver foton, der rammer detektoren, har en makker med sammenfiltret kvantetilstand, så disse fotoner parvis siges at være entanglede.
Den entanglede makker har været i kontakt med objektet, men forbliver udetekteret. Den ændring, som den udsættes for i sin kontakt med genstanden, forandrer dog dens kvantetilstand og dermed også kvantetilstanden for fotonen, der ikke har været i direkte kontakt med genstanden.
Da entanglement er et nøglebegreb inden for kvantemekanikken, har Gabriela Barreto Lemos og fire kolleger fra Anton Zeilingers forskningsgruppe meget passende brugt teknikken til at tage et billede af en andet centralt kvantebegreb: Schrödingers kat.
Eksperimentet kort fortalt
Forskerne har udskåret en kat på et stykke karton og placeret dette i den ene gren i et interferometer (se tegning).
Fotoner fra en laser med en bølgelængde på 532 nm konverteres i en ikke lineær krystal (NL1) til to entanglede fotoner på henholdsvis 810 nm og 1550 nm (de to nye fotoner har totalt samme energi som den indkommende foton).
Fotonen med høj bølgelængde (og lav energi) passerer via den røde vej gennem punktet O, hvor kartonen med den udklippede kat er placeret. Disse fotoner bliver efterfølgende siet fra, så de ikke har mulighed for at ramme detektoren.
Det har derimod fotonen med lav bølgelængde, som tager den gule vej.
En lille nødvendig tilføjelse til eksperimentet er at have en yderligere vej for den oprindelige grønne laserstråle, så den også kan ramme en anden ikke lineær krystal (NL2), hvor den igen konverteres til to entanglede fotoner med en bølgelængde på henholdsvis 810 nm og 1550 nm. Fotoner med en bølgelængde på 810 nm kan ramme detektoren, mens fotoner med en bølgelængde på 1550 nm bliver fjernet.
Kort fortalt sikrer denne tilføjelse til systemet, at detektoren ikke kan ‘vide’, om en detekteret foton stammer fra NL1 eller NL2. En mere indgående kvantemekanisk beregning viser, at dette er en afgørende forudsætning for, at detektorsignalet rummer information om genstanden i punktet O.
Mulige anvendelser inden for biologi og elektronik
Ud over det umiddelbart overraskende i, at det er muligt at fotografere noget, som et kamera ikke kan se, så viser eksperimentet også, at det er muligt at lave et billede med brug af energirige fotoner (lav bølgelængde) ved at lade energisvage fotoner (høj bølgelængde) være i kontakt med objektet, man ønsket at studere.
I den videnskabelige artikel skriver forskerne, at det kan være af interesse ved undersøgelser af biologisk materiale og ved inspektion af integrerede kredse.
Og endelig noterer de primært til deres fysikkollegaer, at man med denne teknik også kan få kendskab til en kvantetilstand uden at detektere den, hvis man på forhånd kender objektet.
Leave a Reply