مهندسان از قوانین کوانتومی برای ایجاد هولوگرام‌های 3بعدی بدون نیاز به دوربین استفاده کردند.

مهندسان «دانشگاه براون»(Brown) با جفت کردن فوتون‌های فروسرخ و نور مرئی، از تصویربرداری کوانتومی سه‌بعدی با کیفیت بالا رمزگشایی کردند. این نتایج منجر شد که تصویربرداری هولوگرافیک، ارتقاء کوانتومی پیدا کند.

به نقل از آی‌ای، مهندسان یک فناوری تصویربرداری پیشگامانه را توسعه داده‌اند که از درهم‌تنیدگی کوانتومی برای تولید هولوگرام‌های سه‌بعدی دقیق بدون تکیه بر دوربین‌های فروسرخ استفاده می‌کند.

این فناوری نوآورانه با جفت کردن نور فروسرخ نامرئی برای روشن کردن اشیاء میکروسکوپی با نور مرئی درهم‌تنیده در سطح کوانتومی، شدت و فاز امواج نور را ثبت می‌کند. نتیجه، تصاویر سه‌بعدی واضح و غنی از عمق است که با استفاده از نوری ایجاد می‌شوند که هرگز به جسم برخورد نکرده است.

بهره گیری از پدیده درهم تندیگی کوانتومی

پروفسور «جیمی شو»(Jimmy Xu) استاد «دانشکده مهندسی براون» و یکی از پژوهشگران این مطالعه گفت: شما می‌توانید این را تصویربرداری فروسرخ بدون دوربین فروسرخ درنظر بگیرید. به نظر غیرممکن می‌رسد، اما ما این کار را انجام دادیم و این کار را به گونه‌ای انجام دادیم که وضوح و عمق زیادی را در تصاویری که تولید می‌کند، امکان‌پذیر می‌سازد.

«مو ژانگ»(Moe Zhang) دانشجوی سال سوم رشته فیزیک مهندسی در «براون» با همکاری «ون‌یو لیو»(Wenyu Liu) دانشجوی کارشناسی گفت: این فناوری به ما امکان می‌دهد اطلاعات بهتر و دقیق‌تری در مورد ضخامت جسم جمع‌آوری کنیم که ما را قادر می‌سازد تا تصاویر سه‌بعدی دقیقی را با استفاده از فوتون‌های غیرمستقیم ایجاد کنیم.

روش‌های تصویربرداری سنتی، مانند پرتو ایکس یا عکس‌های معمولی با گرفتن نوری که از یک جسم منعکس می‌شود، کار می‌کنند. از سوی دیگر، تصویربرداری کوانتومی، متکی به پدیده عجیب اما قدرتمند درهم‌تنیدگی کوانتومی است. وقتی دو فوتون درهم‌تنیده می‌شوند، تغییر در یکی بلافاصله بر دیگری بدون در نظر گرفتن فاصله تأثیر می‌گذارد. در این فناوری، یک فوتون با جسم تعامل می‌کند، در حالی که شریک درهم‌تنیده آن برای تشکیل تصویر استفاده می‌شود.

وضوح کریستالی و عمق کوانتومی

در رویکرد جدید این تیم، آنها از یک کریستال خاص برای تولید فوتون‌های فروسرخ برای اسکن جسم و فوتون‌های نور مرئی برای ایجاد تصویر استفاده کردند. این تنظیم، یک مزیت بزرگ را ارائه می‌دهد. این مزیت نور فروسرخ برای بررسی ساختارهای ظریف یا پنهان ایده‌آل است، در حالی که نور مرئی امکان تصویربرداری با استفاده از آشکارسازهای استاندارد و مقرون به صرفه را فراهم می‌کند.

«لیو» گفت: طول موج‌های فروسرخ برای تصویربرداری زیستی استفاده می‌شوند، زیرا می‌توانند به پوست نفوذ کنند و برای ساختارهای ظریف بی‌خطر هستند، اما برای تصویربرداری به آشکارسازهای فروسرخ گران‌قیمت نیاز دارند. مزیت رویکرد ما این است که می‌توانیم از فروسرخ برای بررسی یک جسم استفاده کنیم، اما نوری که برای تشخیص استفاده می‌کنیم در محدوده مرئی است. بنابراین می‌توانیم از آشکارسازهای سیلیکونی استاندارد و ارزان قیمت استفاده کنیم.

پیشرفت عمده در این کار، آوردن تصویربرداری کوانتومی به دنیای سه‌بعدی با حل یک مشکل رایج موسوم به نام «واپیچی فاز»(phase wrapping) است. این مشکل در روش‌های تصویربرداری که به فاز امواج نور برای اندازه‌گیری عمق یک جسم متکی هستند، پیش می‌آید. این تیم برای رفع این مشکل، از دو مجموعه فوتون درهم‌تنیده با طول موج‌های کمی متفاوت استفاده کردند. این تفاوت کوچک یک طول موج مصنوعی بسیار طولانی‌تر ایجاد می‌کند و به سامانه اجازه می‌دهد تا خطوط عمیق‌تر را به طور دقیق اندازه‌گیری کند و تصاویر سه‌بعدی قابل اعتمادتری تولید کند.

«لیو» افزود: ما با استفاده از دو طول موج کمی متفاوت، یک طول موج مصنوعی بسیار طولانی‌تر ایجاد می‌کنیم. این به ما یک محدوده قابل اندازه‌گیری بسیار بزرگتر می‌دهد که برای سلول‌ها و سایر مواد زیستی کاربرد بیشتری دارد.

این تیم با موفقیت یک تصویر هولوگرافیک سه‌بعدی از یک حرف کوچک «بی»(B) به عرض حدود ۱/۵ میلی‌متر ایجاد کرد و این فناوری را در این دانشگاه به نمایش گذاشت.