Curiosidades

O 1° Microscópio que usa o Truque Misterioso de Emaranhamento Quântico

O emaranhamento quântico, também chamada ação fantasmagórica à distância, é apenas um dos temas explorados no Festival Mundial da Ciência 2013. Aqui, uma representação artística de dois osciladores mecânicos emaranhados formados por dois pares de íons aprisionados. Crédito: John Jost e Jason Amini

O primeiro microscópio que usa o truque misterioso de emaranhamento quântico para aumentar a sua sensibilidade foi desenvolvida por pesquisadores japoneses.

A nova ferramenta se baseia em um princípio estranho da mecânica quântica, em que duas partículas podem se tornar emaranhado de modo que mesmo quando separados por grandes distâncias, por exemplo de anos-luz, eles estão intimamente ligados. Usando esses fótons emaranhados , ou partículas de luz, o microscópio revela coisas que são completamente transparentes , visualizando-os em uma qualidade muito melhor do que poderia ser feito com a luz comum.

Guru Física Albert Einstein uma vez famosa chamou de "ação fantasmagórica à distância".

Esta propriedade única já está sendo encarado como um mecanismo potencial para informação quântica tecnologias , como a criptografia quântica e computação quântica. Mas um grupo de cientistas da Universidade de Hokkaido, no Japão decidiu ir mais longe, e demonstrou que o entrelaçamento quântico também pode ser usado em áreas como a microscopia.

A maioria dos microscópios estão limitados na sua capacidade de resolução por aquilo que é conhecido como o limite de difracção de Rayleigh que afirma que é impossível de objectos de imagem que são menores ou mais perto em conjunto do que o comprimento de onda da luz utilizada no microscópio ao iluminá-los.

Microscopia Criativo

A idéia de usar fótons emaranhados de bater este limite foi sugerida pela primeira vez em um artigo teórico pelo físico Jonathan Dowling e seus colegas da Louisiana State University, em 2001.

Agora Shigeki Takeuchi e sua equipe realmente criou esse microscópio. Para realizar isto, uma vez que o seu papel em detalhe na Nature Communications, eles primeiro gerado fótons emaranhados por conversão de um feixe de laser em pares de fotões que estavam em estados opostos de polarização (que descreve como as ondas de luz são orientados) de uma só vez. (Partículas quânticas pode estar em dois estados ao mesmo tempo - algo chamado de superposição .) Os físicos usaram cristais não-lineares especiais para alcançar a superposição de estados de polarização dos fótons, que neste caso eram horizontal e vertical. Os dois fótons do par seria considerado emaranhado, e uma ação em um deles deve afetar o outro, independentemente da distância entre eles.

Os pesquisadores se concentraram então os fótons emaranhados em dois pontos adjacentes em um vidro plano platewith um padrão em forma de Q feito em relevo sobre a superfície da placa. Este padrão é de apenas 17 nanômetros superior ao resto da placa - algo que é muito difícil de ver com um microscópio óptico comum .

Fótons emaranhados, no entanto, melhorar significativamente a visibilidade deste padrão. Os pesquisadores da Universidade de Hokkaido dizem que a relação sinal-ruído, que descreve mais ou menos como a imagem é nítida, é 1,35 vezes melhor do que o limite quântico padrão ao usar sua técnica. E a imagem resultante é visivelmente melhorada, simplesmente por inspeção visual.

"Uma imagem de uma forma Q gravados em relevo na superfície do vidro é obtida com uma melhor visibilidade do que com uma fonte de luz clássica," escrevem os pesquisadores em seu artigo.

De modo a construir as imagens, as pequenas diferenças no comprimento do percurso óptico, a qual envolve o tempo que demora a passagem de luz através de um material, entre os dois feixes foram detectados utilizando a interferência. O comprimento do percurso óptico diferenciado era devido à pequena diferença de espessura do vidro. Quando os dois feixes de acertar uma parte plana da superfície, eles viajaram à mesma distância e criou um padrão de interferência correspondente. Mas quando batem áreas de diferentes alturas, o padrão de interferência foi diferente.

Os cientistas analisaram então a forma da superfície por meio da análise da variação do padrão de interferência e medição da diferença de fase da luz entre os dois estados de fotões quando os pontos movido através dele. Medir essa diferença com fótons emaranhados é muito mais preciso, porque a medição de um fóton emaranhado fornece informações sobre o outro, de modo que, juntos, fornecem mais informações do que os fótons independentes, resultando na imagem maior sinal de detecção e mais nítida.

Como resultado, com o mesmo número de fotões, a relação sinal-para-ruído usando fótons emaranhados é melhor do que com a luz comum.

Importância para a biologia

Uma forma clássica de imagem menores objetos sem usar fótons emaranhados é usar comprimentos de onda de luz mais curtas e mais curtas. Desta forma, pode-se melhorar a resolução, passando de luz visível para raios-X . Mas microscópios de raios-X são difíceis de usar e fontes de raios-X coerentes como lasers de raio-X, em que as ondas de luz têm fases correspondentes, são muito difíceis e caros de construir, disse Dowling, que não esteve envolvido no estudo.

"A idéia de entrelaçamento quântico dá uma estrada para chegar resolução de raios-X usando apenas a luz visível. No futuro, isso poderia levar a microscópios de baixo custo que utilizam lasers comuns para obter este resolução", disse Dowling.

O físico Jonathan Matthews, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, que também não estava envolvido na pesquisa, disse que a principal conquista é a demonstração de que refrativa microscópios de índice podem ser fundamentalmente reforçada.

Os cientistas japoneses disseram que sua pesquisa é especialmente importante para aplicações em óptica e biologia. "É uma ferramenta muito poderosa para investigar amostras transparentes, como os tecidos biológicos, e, em particular, as células vivas, sem que eles sejam danificados pela luz intensa da sonda", disse Takeuchi.

Dowling concordou. "Se você está imaginando organismos vivos in situ, os raios-X podem matar ou danificar o organismo, mas os comprimentos de onda em [este] experimento são no infravermelho e por isso não iria prejudicar o organismo."

Há desafios, no entanto. O maior deles é que as fontes de luz de fótons emaranhados atualmente disponíveis são muito fraco, disse Dowling, e enquanto eles dão a melhor resolução, a taxa na qual a imagem é adquirida é muito lenta. "Nesse experimento, os fótons emaranhados chegar a cerca de 5 fótons por segundo. É provável que para produzir a imagem [acima] eles tiveram que esperar horas ou dias", disse ele.

"Para ser um comercial de tecnologia , uma fonte muito mais brilhante de fótons emaranhados devem ser desenvolvidas, como biólogos e médicos não são susceptíveis de estar preparado para esperar horas para uma imagem a se formar. " [Fonte: LiveScience]

- Cientistas Enviam Partículas Físicas Da Luz Para O Passado E Mostram Que A Viagem No Tempo é Possível!
Cientistas da Universidade de Queensland, na Austrália, usaram partículas individuais de luz (fótons) para simular partículas quânticas que viajam através do tempo. Eles mostraram que um fóton pode passar por um buraco de minhoca e, em seguida,...

- Fisicos Se Surpreendem Ao Descobrir Como Transformar A Luz Em Matéria
Cientistas demonstraram como a luz pode ser transformada em matéria, feito inimaginável há 80 anos, quando a hipótese foi inicialmente sugerida. Ao investigar problemas com a obtenção de energia a partir da fusão nuclear, um grupo de físicos...

- Teletransporte Uma Realidade: Recorde De Distância Do Teletransporte Quântico é Quebrado Nos Eua!
O teletransporte quântico é uma tecnologia em que é possível a transferência de dados a velocidades altíssimas. Recentemente, cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST, na sigla em inglês), dos EUA, conseguiram teletransportar...

- A Realidade Como Acreditamos Pode Não Existir Afirmam Cientistas
Um experimento realizado por cientistas australianos provou aspectos bizarros e complexos da física quântica que podem ser um tanto quanto complicados de entender. De acordo com o trabalho desenvolvido por uma equipe de físicos da Universidade Nacional...

- Brilhantes Derretimentos De "lagoas" No Ártico Capturadas Da Nasa
Todo verão um monte de neve em cima de camadas de gelo no Ártico começam a derreter, criando associações aqua-coloridas e brilhantes "pontos" que parecem como jóias vistos de alto. A aeronave da NASA recentemente voou sobre a região, e capturou...

Curiosidades