Vers l’imagerie de phase améliorée par les quanta
L’imagerie et la détection quantiques offrent des avantages importants dans de nombreuses applications de mesure, dans des domaines allant de la physique fondamentale à la biologie et de la microscopie aux capteurs optiques. La mesure de la phase optique étant très utile dans un grand nombre de domaines scientifiques, les scientifiques ont déployé des efforts considérables pour exploiter l’intrication quantique ou le «squeezing» à cette fin. Cela a permis d’améliorer considérablement l’estimation de la phase et l’imagerie dans les schémas interférométriques – qui impliquent des mesures utilisant le phénomène d’interférence des ondes – au-delà des limites habituelles. Cependant, les systèmes interférométriques ne sont pas adaptés à l’imagerie multiparamétrique à grand champ, car ils nécessitent un balayage de trame pour des échantillons étendus. Des chercheurs soutenus par le projet Qu-Test financé par l’UE ont mis au point une technologie qui utilise les corrélations quantiques pour améliorer l’imagerie des profils de phase d’une manière non interférométrique. Comme indiqué dans un article publié sur «Newswise», le système proposé «peut être directement appliqué à la microscopie à transmission à grand champ, afin d’obtenir une récupération de la phase sur tout le champ en temps réel, et il est intrinsèquement plus stable qu’une configuration interférométrique». En outre, comme l’explique l’article, la sensibilité accrue pourrait permettre d’extraire davantage d’informations des échantillons «que ce qui est classiquement autorisé pour une exposition fixe aux photons ou, de manière équivalente, pour un temps de mesure fixe». La méthode d’exploitation de l’intrication pour améliorer l’imagerie d’un objet en phase pure dans un cadre non interférométrique est basée sur l’équation dite de transport d’intensité (TIE). La TIE est une approche informatique permettant de reconstruire la phase d’une onde complexe en microscopie optique et électronique. Elle décrit la relation interne entre l’intensité d’une onde et la distribution de la phase. La méthode TIE est quantitative, elle fournit la valeur absolue de la phase sans connaissance préalable de l’objet et fonctionne en mode grand champ. Il n’est donc pas nécessaire de procéder à un balayage fastidieux de la trame.
Amélioration de la qualité de l’image et de l’estimation de la phase
La méthode fait également appel à deux faisceaux lumineux intriqués. Les corrélations quantiques entre les deux faisceaux sont si fortes qu’ils sont identiques au niveau du photon unique. Les scientifiques ont utilisé ces corrélations pour réduire les fluctuations du bruit intrinsèque de la lumière de sondage. Il en résulte une amélioration générale de la qualité de l’image pour un nombre fixe de photons irradiés à travers l’objet, créant ainsi une image plus nette. La méthode permet également une estimation quantitative plus précise de la phase. «Les ressources quantiques telles que l’intrication et le squeezing se sont avérées utiles pour améliorer plusieurs applications de détection, telles que l’imagerie, l’estimation interférométrique de la phase, la détection de cibles et la télémétrie, entre autres. Notre proposition apporte une nouvelle contribution à ce vaste panorama en montrant que le schéma classique de récupération de phase TIE, très bien étudié, peut être considérablement renforcé par l’utilisation de corrélations quantiques aujourd’hui couramment disponibles dans les laboratoires. Cela offre un potentiel pour des applications à relativement court terme», observent les scientifiques dans l’article de «Newswise». Comme ils le décrivent dans leur article publié dans la revue «Light: Science & Applications», ces travaux ouvrent la voie à des applications à des longueurs d’onde au-delà du spectre visible, telles que l’imagerie par rayons X, où la réduction de la dose de photons est cruciale. Le projet Qu-Test (Qu-Test) se termine en 2026. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet Qu-Test
Mots‑clés
Qu-Test, quantique, interférométrique, non interférométrique, imagerie de phase, récupération de phase, estimation de phase, microscopie, intrication
