Verso l’imaging di fase a potenziamento quantistico
L’imaging e il rilevamento quantistico offrono significativi vantaggi in molte applicazioni di misura in campi che vanno dalla fisica fondamentale alla biologia, dalla microscopia ai sensori ottici. Poiché la misurazione ottica della fase è così preziosa in un’ampia gamma di campi scientifici, gli scienziati hanno compiuto notevoli sforzi per sfruttare l’intrappolamento quantistico o lo squeezing a questo scopo. Ciò ha consentito di migliorare notevolmente la stima della fase e l’imaging negli schemi interferometrici — configurazioni che prevedono la misurazione tramite il fenomeno dell’interferenza delle onde — oltre i limiti abituali. Tuttavia, gli schemi interferometrici non sono adatti all’imaging multiparametrico ad ampio raggio, poiché richiedono una scansione raster per campioni estesi. I ricercatori sostenuti dal progetto Qu-Test, finanziato dall’UE, hanno ora sviluppato una tecnologia che utilizza le correlazioni quantistiche per migliorare l’imaging dei profili di fase in modo non interferometrico. Come riportato in una notizia pubblicata su «Newswise», lo schema proposto «può essere applicato direttamente a configurazioni di microscopia a trasmissione ad ampio campo, per ottenere un recupero di fase a tutto campo in tempo reale, ed è intrinsecamente più stabile di una configurazione interferometrica». Inoltre, come spiegato nella notizia, la maggiore sensibilità potrebbe consentire di recuperare più informazioni dai campioni «rispetto a quanto normalmente consentito con un’esposizione fissa di fotoni o, in modo equivalente, con un tempo di misurazione fisso». Il metodo di sfruttamento dell’intrappolamento per migliorare l’imaging di un oggetto in fase pura in una configurazione non interferometrica si basa sulla cosiddetta equazione di trasporto dell’intensità (TIE, transport of intensity equation). La TIE è un approccio computazionale per ricostruire la fase di un’onda complessa nella microscopia ottica ed elettronica e descrive la relazione interna tra l’intensità di un’onda e la distribuzione della fase. Il metodo basato sulla TIE è quantitativo, fornisce il valore assoluto della fase senza precedenti conoscenze dell’oggetto e opera in modalità ad ampio campo. Non necessita quindi di una scansione raster che richiede molto tempo.
Qualità dell’immagine e stima della fase migliorate
Il metodo prevede anche una coppia di fasci di luce intrappolati quantisticamente. Le correlazioni quantistiche tra i due fasci sono così forti che essi risultano identici a livello di singolo fotone. Gli scienziati hanno utilizzato queste correlazioni per ridurre le fluttuazioni del rumore intrinseco della luce di sondaggio. Ciò ha portato a un miglioramento generale della qualità dell’immagine con un numero fisso di fotoni irradiati attraverso l’oggetto, creando un’immagine più nitida e consentendo, inoltre, una stima quantitativa della fase più accurata. «Le risorse quantistiche, come l’intrappolamento e lo squeezing, si sono dimostrate utili per migliorare una serie di applicazioni di rilevamento, come l’imaging, la stima della fase interferometrica, il rilevamento e la misurazione della distanza di bersagli, tra le altre. La nostra proposta apporta un ulteriore contributo a questo ampio panorama, dimostrando che lo schema classico di recupero di fase TIE, molto ben studiato, può essere notevolmente potenziato utilizzando le correlazioni quantistiche oggi disponibili in laboratorio, mostrando un potenziale per applicazioni relativamente a breve termine», osservano gli scienziati nell’articolo su «Newswise». Come descrivono nel loro articolo scientifico pubblicato nella rivista «Light: Science & Applications», il lavoro apre la strada ad applicazioni a lunghezze d’onda superiori allo spettro visibile, come l’imaging a raggi X, dove la riduzione della dose di fotoni è fondamentale. Il progetto Qu-Test (Qu-Test) terminerà nel 2026. Per maggiori informazioni, consultare: progetto Qu-Test
Parole chiave
Qu-Test, quantistico, interferometrico, non interferometrico, imaging di fase, recupero di fase, stima della fase, microscopia, intrappolamento
