Quantum ghost-billeddannelse blev forbedret ved at bruge fem-atom-korrelationer

I konventionelle billeddannelsesmetoder, en stråle af fotoner (eller andre partikler) reflekteres fra objektet, der skal afbildes. Efter at strålen bevæger sig til en detektor, de indsamlede oplysninger bruges der til at oprette et fotografi eller en anden type billede. I en alternativ billedteknik kaldet "spøgelsesbilleddannelse, "Processen fungerer lidt anderledes:et billede rekonstrueres ud fra informationer, der detekteres fra en stråle, der aldrig rent faktisk interagerer med objektet.

Nøglen til spøgelsesbilleddannelse er at bruge to eller flere korrelerede partikler. Mens en stråle interagerer med objektet, den anden stråle detekteres og bruges til at rekonstruere billedet, selvom den anden stråle aldrig interagerer med objektet. Det eneste aspekt af den første stråle, der detekteres, er ankomsttiden for hver foton på en separat detektor. Men fordi de to bjælker er korrelerede, objektets billede kan rekonstrueres fuldstændigt.

Mens to bjælker normalt bruges til spøgelsesbilleddannelse, nyere forskning har vist korrelationer af højere orden-det vil sige sammenhænge mellem tre, fire, eller fem bjælker. Højere ordens spøgelsesbillede kan føre til forbedringer i billedets synlighed, men det kommer med den ulempe, at højere ordens korrelerede hændelser har en lavere sandsynlighed for påvisning, hvilket medfører lavere opløsning.

I et nyt papir, et team af fysikere fra Australian National University i Canberra har opnået to firsts i højere ordens spøgelsesbillede:den første demonstration af højere ordens spøgelsesbilleddannelse med massive partikler (de bruger ultrakoldt heliumatomer) og den første højere ordens spøgelsesbillede, der bruger korrelerede stråler fra en kvantekilde. Som deres kvantekilde, forskerne brugte to kolliderende Bose-Einstein-kondensater, som er klynger af atomer afkølet til nær absolut nul. Ved sådanne kolde temperaturer, atomerne i et Bose-Einstein-kondensat klumper sig sammen og opfører sig som et enkelt kæmpe atom.

I deres arbejde, forskerne udførte eksperimenter ved hjælp af korrelationer mellem op til fem heliumatomer. De demonstrerede, at under visse betingelser, højere ordens spøgelsesbilleddannelse med massive partikler fra en kvantekilde kan forbedre billedets synlighed uden at påvirke opløsningen.

"Jeg tror, ​​at den største betydning af vores arbejde mest er at kunne vise, at et så udfordrende eksperiment er muligt, "fysiker Sean Hodgman ved Australian National University, første forfatter til papiret, fortalt Phys.org . "Der er et meget lille antal multi-partikel-korrelerede hændelser i en kvantekilde, hvilket er delvis hvorfor det ikke tidligere er blevet demonstreret med optik, og det betyder, at selv efter mange titusinder af eksperimentelle kørsler er der kun meget få begivenheder til rådighed for at rekonstruere et spøgelsesbillede fra. "

De forbedringer, der er vist her, kan især være gavnlige for applikationer, der kræver høj synlighed, men let beskadiges. Dette skyldes, at teknikken har potentiale til at reducere doseringshastighederne, hvilket reducerer den potentielle strålingsskade på prøven. En sådan anvendelse er atomspøgelseslitografi.

"Atomisk spøgelseslitografi ville være som normal atomlitografi, men brug af korrelerede stråler ville muliggøre realtidsovervågning af den litografiske proces, "Hodgman sagde." Højere orden korrelationer ville forbedre spøgelsens litografi ved at tillade lavere strømninger med den samme signalkvalitet, hvilket er vigtigt, da høje strømninger risikerer at beskadige prøven. "

Med videre arbejde, højere ordens kvantespøgelsesbilleddannelse kan også bruges til at udføre grundlæggende test af kvantemekanik, såsom at demonstrere sammenfiltring blandt flere atomer eller, i en beslægtet vene, foretager Bells ulighedsmålinger ved hjælp af tre eller flere partikler.

© 2019 Science X Network