Um avanço na imagem quântica pode levar ao desenvolvimento de formas avançadas de microscopia para uso em pesquisas e diagnósticos médicos.
Uma equipe de físicos da Universidade de Glasgow e da Universidade Heriot-Watt descobriram uma nova maneira de criar imagens microscópicas detalhadas sob condições que fariam com que os microscópios ópticos convencionais falhem.

Em um novo artigo publicado hoje na revista Nature Photonics , a equipe descreve como eles geraram imagens ao encontrar uma nova maneira de aproveitar um fenômeno quântico conhecido como interferência de Hong-Ou-Mandel (HOM).

Batizada em homenagem aos três pesquisadores que a demonstraram pela primeira vez em 1987, a interferência HOM ocorre quando fótons quânticos emaranhados são passados ​​por um divisor de feixe – um prisma de vidro que pode transformar um único feixe de luz em dois feixes separados à medida que passa. Dentro do prisma, os fótons podem ser refletidos internamente ou transmitidos para fora.

Quando os fótons são idênticos, eles sempre sairão do divisor na mesma direção, um processo conhecido como 'agrupamento'. Quando os fótons emaranhados são medidos usando fotodetectores no final do caminho do feixe de luz dividido, uma característica 'mergulho' no gráfico de probabilidade de saída da luz mostra que os fótons agrupados estão atingindo apenas um detector e não o outro.

Essa queda é o efeito Hong-Ou-Mandel, que demonstra o entrelaçamento perfeito de dois fótons. Ele foi usado em aplicações como portas lógicas em computadores quânticos, que exigem um emaranhamento perfeito para funcionar.

Ele também tem sido usado em detecção quântica, colocando uma superfície transparente entre uma saída do divisor de feixe e o fotodetector, introduzindo um atraso muito pequeno no tempo que leva para os fótons serem detectados. A análise sofisticada do atraso pode ajudar a reconstruir detalhes como a espessura das superfícies.

Agora, a equipe liderada por Glasgow o aplicou à microscopia, usando câmeras sensíveis a um único fóton para medir os fótons agrupados e antiagrupados e resolver imagens microscópicas de superfícies.

No artigo da Nature Photonics, eles mostram como usaram sua configuração para criar imagens de alta resolução de um pouco de acrílico transparente pulverizado em uma lâmina de microscópio com uma profundidade média de 13 mícrons e um conjunto de letras 'UofG' gravadas em um pedaço de vidro em cerca de 8 mícrons de profundidade.

Seus resultados demonstram que é possível criar imagens detalhadas e de baixo ruído de superfícies com resolução entre um e 10 mícrons, produzindo resultados próximos aos de um microscópio convencional.

O professor Daniele Faccio, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow, é o principal autor do artigo. O professor Faccio disse:"A microscopia convencional usando luz visível nos ensinou muito sobre o mundo natural e nos ajudou a fazer uma incrível variedade de avanços tecnológicos.

"No entanto, ele tem algumas limitações que podem ser superadas usando luz quântica para sondar o reino microscópico. Em bioimagem, onde as células podem ser quase totalmente transparentes, poder examinar seus detalhes finos sem usar luz convencional pode ser uma grande vantagem. optamos por criar imagens de superfícies transparentes nesta pesquisa justamente para demonstrar esse potencial.

"Da mesma forma, as amostras em microscópios convencionais precisam ser mantidas perfeitamente imóveis - a introdução de uma pequena vibração pode introduzir um nível de desfoque que arruinaria uma imagem. No entanto, a interferência HOM requer apenas medir as correlações de fótons e há muito menos necessidade de estabilidade.

"Agora que estabelecemos que é possível construir esse tipo de microscopia quântica aproveitando o efeito Hong-Ou-Mandel, estamos ansiosos para melhorar a técnica para possibilitar a resolução de imagens em nanoescala. Isso exigirá alguma engenharia inteligente alcançar, mas a perspectiva de poder ver claramente características extremamente pequenas, como membranas celulares ou mesmo fitas de DNA, é empolgante. Estamos ansiosos para continuar a refinar nosso design." + Explorar mais

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