طرح حسگری کوانتومی جدید می تواند منجر به بهبود تکنیک های نانوسکوپی با دقت بالا شود

خلاصه خبر:

محققان دانشگاه پورتسموث از یک طرح حسگری کوانتومی پرده برداری کرده اند که حساسیت بی نظیری در اندازه گیری جابجایی عرضی بین فوتون های تداخلی به دست می آورد. این پیشرفت پتانسیل بهبود تکنیک های تصویربرداری با وضوح فوق العاده را دارد و بر محدودیت های روش های استاندارد مانند محدودیت های پراش دوربین غلبه می کند. تکنیک تداخل سنجی دقت فضایی استثنایی را بدون توجه به همپوشانی بسته های موج فوتونی حفظ میکند و حساسیت فضایی تقویت شده کوانتومی را پیش میبرد. این یافته ها قدرت تداخل فضایی دو فوتون را روشن می کنند و راه را برای حسگری با دقت بالا در انکسار سنجی، مکان یابی اجسام اخترفیزیکی و سنجش چند پارامتری هموار می کنند.

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه پورتسموث یک طرح سنجش کوانتومی پیشگامانه را معرفی کرده اند که حساسیت بی نظیری را در اندازه گیری جابجایی عرضی بین دو فوتون تداخلی به دست می آورد. این تکنیک نوآورانه این پتانسیل را دارد که روش‌های تصویربرداری با وضوح فوق‌العاده را متحول کند که از منابع تک فوتون برای مکان‌یابی و ردیابی نمونه بیولوژیکی استفاده می‌کنند، مانند میکروسکوپ مکان یابی تک مولکولی  (single-molecule localization microscopy) با نقاط کوانتومی.

تکنیک‌های نانوسکوپی مرسوم مدت‌هاست که توسط عواملی مانند حد پراش دوربین‌ها و اهداف بزرگ‌نمایی محدود شده‌اند. با این حال، این طرح سنجش کوانتومی جدید بر این محدودیت‌ها غلبه می‌کند و درهایی را به روی سطوحی از دقت که قبلاً دست نیافتنی نبود، باز می‌کند.
 

در هسته این پیشرفت، یک تکنیک تداخل سنجی نهفته است که نه تنها دقت فضایی استثنایی را ارائه می دهد، بلکه بدون توجه به همپوشانی بین بسته های موج فوتونیک جابجا شده، کارایی خود را نیز حفظ می کند. دقت این تکنیک تنها در هنگام برخورد با فوتون‌هایی که در درجه‌های آزادی غیرفضایی متفاوت هستند، تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد که نشان‌دهنده پیشرفت قابل‌توجهی در حساسیت فضایی افزایش‌یافته کوانتومی است.
 

پروفسور وینچنزو تاما، یکی از نویسندگان این مطالعه و مدیر مرکز علوم و فناوری کوانتومی، بر اهمیت یافته‌ها تأکید کرد: «این نتایج نور جدیدی را بر قدرت اندازه‌شناسی تداخل فضایی دو فوتون می‌تاباند و می‌تواند راه را برای برای رسیدن به تکنیک های جدید حسگری با دقت بالا هموار کند.

پیامدهای این تحقیق فراتر از تصویربرداری با وضوح فوق العاده است. کاربردهای بالقوه شامل توسعه تکنیک‌های حسگری  کوانتومی برای انکسار سنجی با دقت بالا، مکان یابی (localization) اجسام اخترفیزیکی و طرح‌های سنجش چند پارامتری، از جمله روش‌های مکان یابی کوانتومی سه‌بعدی است.

این پیشرفت سنجش کوانتومی نه تنها نویدبخش پیشرفت تصویربرداری در مقیاس نانو است، بلکه زمینه را برای اکتشافات بیشتر در تقاطع تداخل کوانتومی حل‌شده فضایی و حساسیت فضایی تقویت‌شده با کوانتوم فراهم می‌کند. این تحقیق با پتانسیل خود برای کاربردهای متحول کننده، مرزهای جدیدی را در سنجش با دقت بالا باز می کند و راه را برای پیشرفت های هیجان انگیز در زمینه های مختلف هموار می کند.

منبع

Danilo Triggiani et al, Estimation with Ultimate Quantum Precision of the Transverse Displacement between Two Photons via Two-Photon Interference Sampling Measurements, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180802