Ny holografisk teknik åbner vejen for kvanteberegning

Fotografering måler, hvor meget lys af forskellig farve, der rammer den fotografiske film. Imidlertid, lys er også en bølge, og er derfor præget af fasen. Fase angiver placeringen af ​​et punkt i bølgecyklussen og korrelerer med informationens dybde, hvilket betyder, at optagelse af lysfasen spredt af et objekt kan hente sin fulde 3D-form, som ikke kan opnås med et enkelt fotografi. Dette er grundlaget for optisk holografi, populariseret af smarte hologrammer i sci-fi-film som Star Wars.

Men problemet er, at den rumlige opløsning af fotoet/hologrammet er begrænset af lysets bølgelængde, omkring eller lige under 1 μm (0,001 mm). Det er fint for makroskopiske objekter, men det begynder at mislykkes, når man kommer ind på nanoteknologiens område.

Nu har forskere fra Fabrizio Carbones laboratorium ved EPFL udviklet en metode til at se, hvordan lys opfører sig i den mindste skala, langt ud over bølgelængdebegrænsninger. Forskerne brugte de mest usædvanlige fotografiske medier:frit udbredte elektroner. Anvendes i deres ultrahurtige elektronmikroskop, metoden kan kode kvanteinformation i et holografisk lysmønster fanget i en nanostruktur, og er baseret på et eksotisk aspekt af elektron- og lysinteraktion.

Forskerne brugte elektron-lys-interaktionens kvantenatur til at adskille elektronreference- og elektron-billedstrålerne i energi i stedet for rum. Dette gør det nu muligt at bruge lysimpulser til at kryptere information om elektronbølgefunktionen, som kan kortlægges med ultrahurtig transmissionselektronmikroskopi.

Den nye metode kan give os to vigtige fordele:For det første information om selve lyset, gør det til et kraftfuldt værktøj til billeddannelse af elektromagnetiske felter med attosekunds- og nanometerpræcision i tid og rum. Sekund, metoden kan bruges i kvanteberegningsapplikationer til at manipulere kvanteegenskaberne ved frie elektroner.

"Konventionel holografi kan udtrække 3-D-information ved at måle forskellen i afstand, som lys bevæger sig fra forskellige dele af objektet, "siger Carbone." Men dette har brug for en ekstra referencestråle fra en anden retning for at måle interferensen mellem de to. Konceptet er det samme med elektroner, men vi kan nu få højere rumlig opløsning på grund af deres meget kortere bølgelængde. For eksempel, vi var i stand til at optage holografiske film af objekter i hurtig bevægelse ved at bruge ultrakorte elektronimpulser til at danne hologrammerne."

Ud over kvanteberegninger, teknikken har den højeste rumlige opløsning sammenlignet med alternativer, og kunne ændre den måde, vi tænker på lys i hverdagen. "Indtil nu, videnskab og teknologi har været begrænset til frit udbredte fotoner, bruges i makroskopiske optiske enheder, "siger Carbone." Vores nye teknik giver os mulighed for at se, hvad der sker med lys på nanoskalaen, det første skridt til miniaturisering og integration af lysenheder på integrerede kredsløb."