A precisão da medição de estruturas nanoscópicas pode ser substancialmente melhorada, graças à pesquisa envolvendo os pesquisadores da University of Warwick e QuantIC na University of Glasgow e Heriot Watt University em sensoriamento óptico.

QuantIC é o UK Quantum Technology Hub em Quantum Enhanced Imaging e parte do UK National Quantum Technologies Program.

Usando pares de fótons, componentes fundamentais da energia que constituem a luz, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de medir a espessura de objetos com menos de 100, 000º da largura de um cabelo humano.

A nova técnica envolve o disparo de dois fótons quase idênticos em um componente conhecido como divisor de feixe, e monitorar seu comportamento subsequente - com cerca de 30, 000 fótons detectados por segundo, e 500 bilhões em uso ao longo de um experimento completo.

Por causa da tendência dos fótons idênticos de "se alinharem" e continuarem viajando juntos - o resultado de um delicado efeito de interferência quântica - a configuração recém-desenvolvida dos pesquisadores oferece a mesma precisão e estabilidade que as técnicas existentes de um fóton que, devido ao equipamento necessário, são mais caros.

Oferecendo uma gama de usos potenciais, incluindo pesquisas para entender melhor as membranas celulares e o DNA, bem como controle de qualidade para materiais 2D nanoscópicos com a espessura de um único átomo, como grafeno, a nova pesquisa também é uma melhoria marcante nas técnicas atuais de dois fótons com resolução até 100x melhor.

Para medir a espessura de um objeto transparente (qualquer objeto através do qual um fóton é capaz de passar), cada um de um par de fótons idênticos são disparados ao longo de caminhos separados:

• O fóton A então continua em um divisor de feixe, enquanto o fóton B é desacelerado por um objeto transparente antes de entrar no mesmo divisor de feixe.
• A probabilidade de os fótons saírem do divisor de feixe juntos é registrada, permitindo aos pesquisadores medir a espessura do objeto transparente pelo qual o fóton B passou.

À medida que a espessura da amostra é aumentada, é mais provável que os fótons saiam do divisor de feixe separadamente.

Dr. George Knee, do Departamento de Física da University of Warwick, que desenvolveu a teoria por trás do novo método, disse:

"O que é realmente empolgante sobre esses resultados é que agora podemos investigar objetos em nanoescala com um sensor óptico operando em um efeito físico fundamentalmente diferente.

"Até agora, a chamada interferência de dois fótons não foi capaz de atingir uma resolução tão grande, o que significa que estamos presos a algumas das desvantagens dos métodos estabelecidos com base na interferência de um único fóton - que requer uma tecnologia mais cara do que nossa nova técnica de dois fótons.

"Conseguimos obter uma grande melhoria ajustando o interferômetro em um modo de operação mais sensível e removendo o desvio lento ao alternar repetidamente a amostra para dentro e para fora.

"As vantagens de ser impenetrável às flutuações de fase e ter uma ampla faixa dinâmica significam que sensores como o nosso podem ter um grande impacto nas imagens biológicas e nas pesquisas associadas que os alimentam."

Co-investigador QuantIC e pesquisador-chefe do projeto, Professora Daniele Faccio, cuja tecnologia de detecção de dois fótons foi usada para gerar os dados disse:

"Os resultados de nossa colaboração com a Universidade de Warwick oferecem uma gama de usos potenciais, incluindo pesquisas para entender melhor as membranas celulares e o DNA, bem como um controle de qualidade para materiais 2D nanoscópicos com a espessura de um único átomo, como o grafeno.

Estamos entusiasmados com o avanço da imagem quântica e ajudando a manter a posição do Reino Unido no desenvolvimento de novas tecnologias quânticas. "

A pesquisa, Interferometria de Hong-Ou-Mandel com resolução de attosegundo, é publicado por Avanços da Ciência .