Partículas de luz emaranhadas mecanicamente quânticas quebram os limites da óptica convencional e permitem um vislumbre de faixas de comprimento de onda antes invisíveis, trazendo assim novas possibilidades para técnicas de imagem, microscopia e espectroscopia. Desvendar essas possibilidades e criar soluções tecnológicas era o objetivo do projeto QUILT do farol Fraunhofer, cujos resultados já estão disponíveis.
A luz pode fazer coisas incríveis. Por exemplo, partículas de luz (fótons) são emaranhadas na criação, o que as conecta inextricavelmente umas às outras em termos de suas propriedades, não apenas em grandes distâncias, mas também em diferentes faixas de comprimento de onda. Esses fótons emaranhados são as ferramentas usadas pelos pesquisadores da Fraunhofer no projeto “QUILT ? Métodos Quantum para Soluções Avançadas de Imagem”. Eles estão usando os fótons para desenvolver soluções ópticas quânticas para faixas de comprimento de onda que até agora provaram ser virtualmente inacessíveis. Esses comprimentos de onda nos fornecem informações valiosas além da luz do espectro visível: a radiação ultravioleta de ondas curtas, por exemplo, pode ser usada para tornar visíveis as menores estruturas das células. A radiação infravermelha fornece informações sobre gases nocivos no ar ou a composição dos plásticos, e a radiação terahertz de onda longa pode ser usada para determinar com precisão a espessura das camadas de revestimento e pintura. Existe, portanto, um grande potencial nas áreas de diagnóstico biomédico, teste de materiais ou processo e análise ambiental. O único problema é que criar e detectar essas ondas de luz requer muito mais recursos do que aqueles usados em técnicas de imagem para faixas visíveis.
Novo princípio de detecção para métodos diferentes
Por quatro anos, equipes de pesquisadores de seis Institutos Fraunhofer têm trabalhado com organizações externas, apoiadas por um conselho consultivo com representantes da indústria e da ciência, para encontrar maneiras de usar os pares de fótons emaranhados em diferentes métodos de medição em imagem, espectroscopia e metrologia? tornando o invisível visível. O princípio subjacente é que, enquanto um fóton tem um comprimento de onda que pode ser capturado pela câmera, o outro é projetado para interagir com o objeto sob exame na faixa invisível. O emaranhamento, apelidado por Einstein de “ação fantasmagórica à distância”, significa que a informação recolhida pelo segundo fóton é transferida para o primeiro, tornando-o visível para a câmera.
Durante este projeto, os parceiros fizeram um trabalho pioneiro importante para o desenvolvimento científico e técnico neste campo relativamente novo. Foi demonstrado o primeiro uso do novo princípio de detecção de radiação terahertz. Isso poderia, por exemplo, melhorar os métodos de investigação de materiais no futuro. Uma contraparte óptica quântica foi desenvolvida para o espectrômetro infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) clássico, que é usado em áreas como análise de processo para examinar amostras de gás. O projeto também produziu o primeiro vídeo criado usando imagens com luz não detectada e a primeira imagem 2D do mundo capturada e reconstruída usando “imagens fantasmas quânticas” com detecção assíncrona. Acima de tudo, a imagem fantasma é adequada para aplicações biológicas e médicas, nas quais amostras de células sensíveis à luz podem ser observadas por um longo período porque os novos processos usam menos luz. Isso pode ajudar a melhorar o diagnóstico.
Pedra fundamental para aplicações industriais
O projeto resultou na submissão e concessão de sete patentes, publicações científicas de alto nível e demonstradores para imagens quânticas, espectroscopia e tomografia óptica. Os pesquisadores pretendem usá-los para continuar a explorar novos campos não convencionais de aplicação para métodos baseados em quantum em conjunto com parceiros da indústria. Ramos inovadores da indústria, como tecnologia ambiental e engenharia médica, são de particular interesse. Para a troca de ideias na comunidade científica internacional, em 2018 o consórcio QUILT iniciou uma série anual de seminários, “Sensing with Quantum Light”, que se tornou a plataforma líder no campo.
Publicado em 04/01/2022 09h51
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