Quanten Licht quetscht das Rauschen aus der Mikroskopie Signale

„Wir haben gezeigt, wie gequetschtes Licht zu verwenden, ein Zugpferd der Quanteninformationswissenschaft, als praktisches Hilfsmittel für Mikroskopie“, sagte Ben Lawrie von ORNL Materials Science and Technology, der die Forschung mit Raphael Pooser von ORNL Computational Sciences und Engineering Division geführt. „Wir maßen die Verschiebung eines Atomkraftmikroskop mit Mikroarm Empfindlichkeit besser als das Standard-Quantenlimit.“

Im Gegensatz zu den heutigen klassischen Mikroskopen, erfordert Theorie der Quanten Pooser und Lawrie Quantenmikroskop seine Empfindlichkeit zu beschreiben. Die nichtlinearen Verstärker in ORNL Mikroskop erzeugen eine spezielle Quantenlichtquelle als gequetschtes Licht bekannt.

„Ein verschwommenes Bild Stellen Sie sich vor“, sagte Pooser. „Es ist laut und einige feinen Details versteckt sind. Klassische, lautes Licht verhindert, dass Sie diese Details zu sehen. A‚gequetscht‘Version weniger verschwommen ist und zeigt feine Details, die wir vorher nicht wegen des Lärms sehen können.“ Er fügte hinzu: „Wir haben eine gepresste Lichtquelle anstelle einem Laser können das Rauschen in unserer Sensorauslese zu reduzieren.“

Der Mikroarm eines Atomkraftmikroskop ist ein Miniatur-Sprungbrett, das eine Probe abtastet und Biegungen methodisch wenn es physikalische Veränderungen abtastet. Mit Praktikanten Nick Savino, Emma Batson, Jeff Garcia und Jacob Beckey, Lawrie und Pooser zeigten, dass die Quantenmikroskop erfanden sie könnte die Verschiebung eines Mikroarms mit 50% bessere Empfindlichkeit messen als klassisch möglich ist. Für eine Sekunde lang Messungen wurde die quanten verbesserte Empfindlichkeit 1,7 Femtometer, etwa das Zweifache des Durchmessers eines Kohlenstoffkern.

„Gequetscht Lichtquellen verwendet worden sind durch schwarze Loch Fusionen erzeugt quanten erhöhte Empfindlichkeit für die Detektion von Gravitationswellen zu liefern“, so Pooser. „Unsere Arbeit wird helfen, diese Quantensensoren aus der kosmologischen Skala auf der Nanoskala zu übersetzen.“

Ihr Ansatz zur Quantenmikroskopie beruht auf Kontrolle von Lichtwellen. Wenn Wellen kombinieren, können sie konstruktiv interferieren, dh die Amplituden der Spitzen addieren die resultierende Welle größer zu machen. Oder sie können destruktiv interferieren, was bedeutet, wannen Amplituden subtrahieren von Spitzenamplituden die resultierende Welle kleiner zu machen. Dieser Effekt kann in Wellen in einem Teich oder in einer elektromagnetischen Welle von Licht wie ein Laser zu sehen.

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Quelle: DOE/Oak Ridge National Laboratory. "Quantum light squeezes the noise out of microscopy signals." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 September 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200908122545.htm>.