A kvantum hologram működés közben mutathatja meg az emberi test belsejét
2021 / 03 / 09 / Justin Viktor
A kvantum hologram működés közben mutathatja meg az emberi test belsejét
A legtöbben ismerjük a hologramokat, ha máshonnan nem, a csillagok háborúja híres jelenetéből biztosan, melyben Leia hercegnő egy hologram formájában üzen Obi Wan Kenobinak. A holográfiát Gábor Dénes magyar fizikus találta fel 1947-ben, a jövő pedig a kvantum-holográfiáé.

Egy régi csoda megújulása

Élénkül a hologramok iránti figyelem, főképp a lézerek gyors fejlődésének köszönhetően kerül a technológia újfent a középpontba. Mindennapi életünkben is szaporodik a használata, feltűnt a hitelkártyákon, a bankjegyek biztonsági képein, és a tudósok most szintet is léptek, mivel felfedezték a kvantum holográfiát.

A holografikus képalkotás során rögzítik a céltárgy által szétszórt fényt, és háromdimenziós formában ábrázolják azt. A már említett Gábor Dénes 1971-ben fizikai Nobel-díjat is kapott a felfedezéséért.

A bankjegyeken, útleveleken és egyéb hitelesítő matricákon kívül a holográfia alapvető eszközzé vált más olyan gyakorlati alkalmazásokban, mint az adattárolás, a biológiai mikroszkópia, az orvosi képalkotás és az orvosi diagnózis.

A holografikus mikroszkópia alkalmazása során például, a tudósok hologramokat készítenek a szövetekben és az élő sejtekben található biológiai mechanizmusok megfejtése érdekében. A technikát rutinszerűen használják a vörösvértestek elemzésére, a malária parazitáinak kimutatására, valamint az IVF folyamatok spermasejtjeinek azonosítására.

Kvantum holográfia

A mostani felfedezés új típusú kvantum holográfiáról szól, mely alkalmas a hagyományos holografikus megközelítés korlátainak leküzdésére, jobb orvosi képalkotáshoz vezethet, és felgyorsíthatja a kvantuminformatika fejlődését is. Ez utóbbi olyan tudományterület, mely minden kvantumfizikán alapuló technológiát lefed, beleértve a kvantum-számítástechnikát és a kvantumkommunikációt is.

Holográfia

A klasszikus holográfia háromdimenziós tárgyak kétdimenziós megjelenítésére használatos, egy kettéosztott lézersugárral. Az egyik sugár, az úgynevezett tárgynyaláb, megvilágítja a holográfia témáját, a visszavert fényt pedig egy kamera vagy egy speciális holografikus film gyűjti össze. A második sugár, a referencianyaláb egy tükörről közvetlenül a gyűjtőfelületre (az említett kamera vagy speciális holografikus film) vezet anélkül, hogy hozzáérne a témához.

A hologramot a két fénynyaláb fáziskülönbségeinek megmérésével hozzák létre, abban a pontban, ahol a két sugár találkozik. A fázis, a tárgy-, és a referencianyaláb hullámai keveredésének interferencia-mértéke. Hasonlóan az úszómedence felszínén található hullámokhoz, az interferencia jelenség komplex hullámmintát hoz létre a térben, mely tartalmazza mindkét olyan régiót, ahol a hullámok egyfelől kioltják egymást (völgyek), másfelől összeadódnak (csúcsok).

Az interferencia mérése megkívánja, hogy a fény koherens legyen, mindenütt azonos frekvenciával. A lézerek által kibocsátott fény koherens, épp ezért használják ezt a típusú fényt a legtöbb holografikus rendszerben.

Összefonódott holográfia

Az új tanulmány megkerüli a holografikus koherencia szükségességét azáltal, hogy kiaknázza a fotonok úgynevezett kvantum-összefonódását

A hagyományos holográfia alapvetően az optikai koherenciára támaszkodik, mert a fénynek egyfelől interferálnia kell a hologramok előállításához, másrészt koherensnek kell lennie az interferáláshoz, bár bizonyos típusú fények, képesek inkoherensen is interferenciát okozni. Éppen ez a helyzet az összefonódott fotonokból álló fény esetében is, melyet egy kvantumforrás bocsáthat ki, párokba állt részecskék áramának formájában.

Ha egy részecskepár a kvantum összefonódás állapotában van, akkor valós kapcsolatba lépnek, és egyetlen objektumként viselkednek annak ellenére, hogy térben elkülönülhetnek, bármilyen messze lehetnek egymástól. Ennek eredményeként egyetlen, az összefonódás állapotában lévő részecskén végzett bármilyen mérés, hatással van az egész összefonódott rendszerre.

Egyszerre mindenütt

A kísérletek során az összes összefonódásban lévő részecskepár fotonjait elkülönítik, és két különböző irányba állítják be őket. Az egyik fotont a tárgy felé irányítják, például egy mikroszkóp tárgylemezén található biológiai minta felé, és amikor az eltalálja a mintát, a foton kissé eltér vagy kissé lelassul, a minta anyagának és vastagságának függvényében, melyen keresztülhaladt. Kvantumos-testként a foton nem csak részecskeként, hanem egyidejűleg hullámként is viselkedik.

A  hullám-részecske kettősség lehetővé teszi, hogy a minta vastagságát ne csak azon a pontos helyen vizsgálhassuk ahol a foton eltalálta, hanem egyszerre mérjük meg annak teljes hosszában.

A minta vastagsága - gyakorlatilag a háromdimenziós szerkezete - lenyomatot hagy a fotonon, és mivel a fotonok összefonódtak, az egyik fotonon hagyott lenyomat, azonnal megjelenik a másikon is.

Az interferencia jelenség ebben az esetben távolról is létrejön, anélkül, hogy kereszteznénk a lézersugarakat, és a folyamat végén ugyanúgy hologramot kapunk, külön kamerákkal detektálva a két fotont, és megmérve a közöttük lévő korrelációt.

A tér kiküszöbölése

A kvantum holografikus megközelítés legmegdöbbentőbb aspektusa az, hogy az interferencia jelenség akkor is bekövetkezik, ha a fotonok soha nem lépnek kölcsönhatásba egymással, és gyakorlatilag bármekkora távolságra lehetnek egymástól. Ezt a szempontot "kvantum nemlokalitásnak" nevezik - és a kvantum-összefonódás teszi lehetővé.

Hogy könnyebb legyen megérteni ennek jelentőségét, gondoljunk arra, hogy az általunk megmért egyetlen tárgylemezre helyezett biológiai minta mérésének két mérőrendszere, a bolygó ellentétes oldalain is lehet a mérés során.

Összefonódott részecskék alkalmazása holografikus rendszerekben az optikai koherencia helyett olyan gyakorlati előnyöket is nyújt, mint a jobb stabilitás és a zajállóság. A kvantum-összefonódást ugyanis eleve nagyon nehéz elérni és kontrollálni, ezért a nagy mértékben szabályozott környezet miatt kevésbé érzékeny a külső zavarásokra.

Az új képalkotási eljárással sokkal jobb minőségű biológiai képeket tudunk előállítani, mint a jelenlegi mikroszkópos technikákkal. A kvantum holografikus megközelítést hamarosan arra is felhasználhatják majd, hogy olyan sejteken belüli biológiai struktúrákat és mechanizmusokat tárjanak fel vele, melyeket még soha az orvostudomány történetében nem figyelhettek meg. A kutatást Hugo Defienne, a Glasgowi Egyetem Fizikai és Csillagászati ​​Iskolájának oktatója és munkatársa Marie Curie végezték.

(Forrás: IFLS Kép: Glasgowi Egyetem)

Ez is érdekelhet:

Egy új tanulmány szerint hologram-szerűek, azaz két dimenziósak lehetnek a fekete lyukak A fekete lyukak eseményhorizontján túli világról, fizikáról, bármiről, csak elméleteink vannak, lévén egyelőre nem vagyunk képesek onnan információhoz jutni. Mindenesetre elég sok anyag van odabent, szóval tumultuózus hely lehet.

A hologram cirkuszban nem szenvednek az állatok A cirkuszokat ritkán vádolják állatvédelemmel, annál gyakoribb, hogy megszökött majd elpusztuló, vagy menekülés közben leterített állatokról szólnak a híradások. Nem úgy egy idén nyáron nyilvánosságot kapott történetben, melynek állati szereplői: hologramok!

Megérinthető animált hang-hologramok Érdemes volt várni: már animált hang-hologramot is képesek vagyunk készíteni, amit meg is lehet érinteni. A három dimenziós "mozgó képhez" nincs szükség másra, mint egy apró polisztirol labdára és egy sor szintén parányi hangszóróra.


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.