3 sept. 2014

Foto y cuántica: cuando la luz que ilumina el objeto no es la misma que detecta la cámara



Un equipo de investigadores, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI), el Centro de Viena para la Ciencia y la Tecnología Cuántica (VCQ), y la Universidad de Viena, ha desarrollado una técnica de imagenología cuántica fundamentalmente nueva, que sorprendentemente es contraria al sentido común. Por primera vez se ha obtenido una imagen sin detectar la luz que se utiliza para iluminar el objeto, mientras que la luz que revela la imagen nunca toca el objeto.








En general, para obtener la imagen de un objeto uno tiene que iluminarlo con un haz de luz y usar una cámara para detectar la luz que se dispersa o se transmite a través del objeto. El tipo de luz que se utiliza para hacer brillar el objeto depende de las propiedades que a uno le gustaría obtener en la imagen. Por desgracia, en muchas situaciones prácticas el tipo ideal de luz para la iluminación del objeto es uno para el que no existen cámaras.


El experimento publicado esta semana en Nature, por primera vez rompe esta limitación aparentemente evidente. El objeto (por ejemplo, el contorno de un gato) se ilumina con luz que no se detecta. Además, la luz que forma la imagen del gato en la cámara nunca interactúa con éste. Para realizar su experimento, los científicos utilizaron los llamados pares de fotones “entrelazados”.

 
Estos pares de fotones – que son como gemelos interrelacionados – se crean cuando un láser interactúa con un cristal no lineal. En el experimento, el láser ilumina dos cristales separados, creando un par de fotones individuales (que consisten en un fotón de infrarrojos y un fotón “hermano” rojo) en cada uno de los cristales. El objeto se coloca entre los dos cristales en una disposición tal que si se crea un par de fotones en el primer cristal, sólo el fotón infrarrojo pasa a través del objeto. Su ruta lo lleva luego al segundo cristal, donde se combina con cualquier fotón infrarrojo que se cree allí.


Con este paso crucial, en principio, no hay posibilidad de averiguar qué cristal realmente creó el par de fotones. Además, en el fotón de infrarrojos ya no hay ninguna información sobre el objeto. Sin embargo, debido a las correlaciones cuánticas de los pares entrelazados, la información sobre el objeto ahora está contenida en los fotones rojos – aunque nunca toquen el objeto. Reuniendo ambas trayectorias de los fotones rojos (del primer y del segundo cristal) se crean patrones brillantes y oscuros, que forman la imagen exacta del objeto.


Sorprendentemente, todos los fotones infrarrojos (la única luz que ilumina el objeto) se descartan; la imagen se obtiene únicamente a partir de la detección de los fotones rojos que nunca interactuaron con el objeto. Es más, la cámara utilizada en el experimento es ciega para los fotones infrarrojos que han interactuado con el objeto. De hecho, en el mercado prácticamente no se encuentran cámaras infrarrojas de luz muy baja. 


Los investigadores confían en que su nuevo concepto de imagenología es muy versátil y podría incluso permitir obtener imágenes en la región del infrarrojo medio, que es de gran importancia. Se podría encontrar aplicaciones en las que la obtención de imágenes con poca luz es crucial, en campos tales como la imagenología biológica o médica.



Referencia biblográfica:

Gabriela Barreto Lemos, Victoria Borish, Garrett D. Cole, Sven Ramelow, Radek Lapkiewicz, Anton Zeilinger. "Quantum imaging with undetected photons". Nature 512, 409–412 (28 August 2014), doi:10.1038/nature13586



Fuente: Universität Wien

Hemeroteca

Etiquetas