Teknoloji

Kuantum Hologramları Bedenlerimizin ve Hücrelerimizin Gülünç Ayrıntılı Görüntülerini Yapabilir

0

Bir zamanlar hologramlar sadece bilimsel bir meraktı. Ancak lazerlerin hızlı gelişimi sayesinde, bilim kurgu filmlerinde kredi kartları ve banknotlar için güvenlik görüntülerinde görünerek yavaş yavaş merkez sahneye geçtiler. Yıldız Savaşları – ve hatta uzun süredir ölü olan rapçi Tupac’ın 2012’de Coachella müzik festivalinde hayranları için yeniden canlandırdığı sahnede “canlı”.

Holografi, bir nesnenin saçtığı ışığın kaydedilmesi ve üç boyutlu olarak sunulması sürecidir. 1950’lerin başında Macar-İngiliz fizikçi Dennis Gabor tarafından icat edilen keşif daha sonra ona 1971’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı.

Banknotlar, pasaportlar ve tartışmalı rapçilerin ötesinde holografi, veri depolama, biyolojik mikroskopi, tıbbi görüntüleme ve tıbbi teşhis gibi diğer pratik uygulamalar için önemli bir araç haline geldi.

Holografik mikroskopi adı verilen bir teknikte bilim adamları, dokulardaki ve canlı hücrelerdeki biyolojik mekanizmaları deşifre etmek için hologramlar yapıyorlar. Örneğin, bu teknik rutin olarak sıtma parazitlerinin varlığını tespit etmek için kırmızı kan hücrelerini analiz etmek ve IVF işlemleri için sperm hücrelerini tanımlamak için kullanılır.

Ama şimdi, geleneksel holografik yaklaşımların sınırlamalarının üstesinden gelmek için yeni bir tür kuantum holografi keşfettik.

Bu çığır açan keşif, gelişmiş tıbbi görüntülemeye yol açabilir ve kuantum bilgi biliminin ilerlemesini hızlandırabilir. Bu, kuantum hesaplama ve kuantum iletişimi dahil olmak üzere kuantum fiziğine dayalı tüm teknolojileri kapsayan bilimsel bir alandır.

Hologramlar nasıl çalışır?

Klasik holografi, iki yola bölünmüş bir lazer ışığı demeti ile üç boyutlu nesnelerin iki boyutlu görünümlerini oluşturur.

Nesne ışını olarak bilinen bir ışının yolu, bir kamera veya özel holografik film tarafından toplanan yansıyan ışıkla holografinin konusunu aydınlatır.

Referans ışın olarak bilinen ikinci ışının yolu, nesneye dokunmadan bir aynadan doğrudan toplama yüzeyine sıçradı.

Hologram, iki ışının buluştuğu ışık fazındaki farklılıklar ölçülerek oluşturulur. Aşama, özne ve nesnenin dalgalarının birbirine karıştığı ve karıştığı miktardır.

Bir yüzme havuzunun yüzeyindeki dalgalara biraz benzeyen girişim fenomeni, uzayda her iki bölgeyi de içeren karmaşık bir dalga modeli oluşturur (çukurlar) ve diğerlerini ekledikleri (tepeler).

Girişim genellikle ışığın “tutarlı” olmasını gerektirir – her yerde aynı frekansa sahiptir. Örneğin bir lazer tarafından yayılan ışık tutarlıdır ve bu nedenle bu tür ışık çoğu holografik sistemde kullanılır.

Dolaşıklıkla holografi

Dolayısıyla, optik tutarlılık herhangi bir holografik süreç için hayati önem taşır. Ancak yeni çalışmamız, foton adı verilen ışık parçacıkları arasındaki “kuantum dolaşıklığı” denen bir şeyi kullanarak holografideki tutarlılık ihtiyacını ortadan kaldırıyor.

Geleneksel holografi temelde optik tutarlılığa dayanır, çünkü ilk olarak ışık hologramlar üretmek için müdahale etmeli ve ikinci olarak ışık karışmak için tutarlı olmalıdır. Bununla birlikte, ikinci kısım tamamen doğru değildir çünkü hem tutarsız olabilen hem de parazit üretebilen belirli ışık türleri vardır.

Bu, bir kuantum kaynağı tarafından çiftler halinde gruplanmış bir parçacık akışı biçiminde yayılan dolaşık fotonlardan oluşan ışık için geçerlidir – dolaşık fotonlar.

Bu çiftler, kuantum dolaşıklığı adı verilen benzersiz bir özellik taşır. İki parçacık birbirine dolandığında, içsel olarak birbirine bağlıdırlar ve uzayda ayrılsalar bile etkili bir şekilde tek bir nesne olarak hareket ederler. Sonuç olarak, dolaşan bir parçacık üzerinde yapılan herhangi bir ölçüm, dolaşan sistemi bir bütün olarak etkiler.

Çalışmamızda her bir çiftin iki fotonu ayrılarak iki farklı yöne gönderilmiştir.

Bir foton, örneğin üzerinde biyolojik bir örnek bulunan bir mikroskop lamı olabilecek bir nesneye gönderilir. Nesneye çarptığında, foton geçtiği örnek malzemenin kalınlığına bağlı olarak biraz sapacak veya biraz yavaşlayacaktır. Fakat bir kuantum nesnesi olarak bir foton, şaşırtıcı bir şekilde sadece bir parçacık olarak değil, aynı zamanda bir dalga olarak da davranma özelliğine sahiptir.

Bu tür dalga-parçacık ikili özelliği, nesnenin yalnızca çarptığı kesin konumda (daha büyük bir parçacığın yapacağı gibi) kalınlığını araştırmasına değil, aynı zamanda tüm uzunluğu boyunca kalınlığını bir kerede ölçmesine olanak tanır. Numunenin kalınlığı – ve dolayısıyla üç boyutlu yapısı – fotonun üzerine “damgalanır”.

Fotonlar dolaşık olduğundan, bir foton üzerine basılan projeksiyon aynı anda ikisi tarafından da paylaşılır.

Parazit fenomeni daha sonra, ışınların üst üste binmesine gerek kalmadan uzaktan gerçekleşir ve sonunda iki fotonun ayrı kameralar kullanılarak tespit edilmesi ve aralarındaki korelasyonların ölçülmesiyle bir hologram elde edilir.

Foton çiftlerini temsil eden mavi bir ışın, fotonun kaynağını temsil eden gri bir kareden geçer.  Karenin içinden geçerken, ışın kırmızıya döner ve dolaşık foton çiftlerini temsil eden bir sonsuzluk sembolünden geçtikten sonra, ışın iki farklı ışına dönüşür.  Sol taraftaki ışın, referans kamerayı temsil eden bir dikdörtgenin içinden geçer.  Sağ taraftaki ışın önce şeffaf bir nesneden ve ardından bir nesne kamerasını temsil eden bir dikdörtgenden geçer.  İki kırmızı ışın şimdi beyaz çizgilerdir ve kuantum hologramlarını temsil eden dört dikdörtgenden geçerek yeniden birleşir ve sonra opak gri bir dikdörtgenle temsil edilen yeniden yapılandırılmış nesne haline gelir.Dolaşık fotonlar kullanılarak bir hologram nasıl oluşturulur? (Glasgow Üniversitesi)

Bu kuantum holografik yaklaşımın en etkileyici yönü, parazit fenomeninin, fotonlar birbirleriyle hiçbir zaman etkileşime girmemelerine ve herhangi bir mesafeyle ayrılabilmelerine rağmen meydana gelmesidir – “yerel olmama” olarak adlandırılan bir özellik – ve fotonlar arasında kuantum dolaşıklığı.

Böylece ölçtüğümüz nesne ve son ölçümler gezegenin zıt uçlarında yapılabilir.

Bu temel ilginin ötesinde, holografik bir sistemde optik tutarlılık yerine dolanmanın kullanılması, daha iyi stabilite ve gürültü direnci gibi pratik avantajlar sağlar. Bunun nedeni, kuantum dolanmasının, doğal olarak erişilmesi ve kontrol edilmesi zor bir özellik olması ve bu nedenle, dış sapmalara karşı daha az duyarlı olma avantajına sahip olmasıdır.

Bu avantajlar, mevcut mikroskopi teknikleriyle elde edilenlerden çok daha kaliteli biyolojik görüntüler üretebileceğimiz anlamına geliyor. Yakında bu kuantum holografik yaklaşım, hücrelerdeki biyolojik yapıları ve daha önce hiç gözlemlenmemiş mekanizmaları ortaya çıkarmak için kullanılabilir.Konuşma

Hugo Defienne, Öğretim Görevlisi ve Marie Curie Üyesi, Fizik ve Astronomi Okulu, Glasgow Üniversitesi.

Bu makale The Conversation’dan bir Creative Commons lisansı altında yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi okuyun.

.

Profesör

İnsan genom dizisi, 20 yıl sonra

Previous article

Yeni varyantlar karşısında ‘öldürücü’ T hücreleri COVID bağışıklığını nasıl artırabilir?

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Teknoloji