Gli attuali microscopi a super risoluzione o le tecnologie di scansione laser microarray sono noti per la loro elevata sensibilità e ottime risoluzioni. Però, implementano un'elevata potenza luminosa per studiare i campioni, campioni che possono essere sensibili alla luce e quindi essere danneggiati o perturbati quando illuminati da questi dispositivi.

Le tecniche di imaging che utilizzano la luce quantistica stanno diventando sempre più importanti al giorno d'oggi, poiché le loro capacità in termini di risoluzione e sensibilità possono superare i limiti classici e, Inoltre, non danneggiano il campione. Questo è possibile perché la luce quantistica viene emessa in singoli fotoni, e utilizza la proprietà dell'entanglement per raggiungere regimi di intensità luminosa inferiori.

Ora, anche se l'uso della luce quantistica e dei rivelatori quantistici ha conosciuto uno sviluppo costante negli anni passati, ci sono ancora alcuni problemi che devono essere risolti. I rivelatori quantistici sono essi stessi sensibili al rumore classico, rumore che può risultare così significativo da ridurre o addirittura annullare qualsiasi tipo di vantaggio quantistico sulle immagini ottenute.

Così, lanciato un anno fa, il progetto europeo Q-MIC ha riunito un team internazionale di ricercatori con diverse competenze che si sono riuniti per sviluppare e implementare tecnologie di imaging quantistico per creare un microscopio quantistico avanzato che sarà in grado di andare oltre le capacità delle attuali tecnologie di microscopia.

In uno studio recentemente pubblicato su Progressi scientifici , i ricercatori Hugo Defienne e Daniele Faccio dell'Università di Glasgow e partner del progetto Q-MIC, hanno riferito di una nuova tecnica che utilizza la distillazione dell'immagine per estrarre informazioni quantistiche da una sorgente illuminata che contiene informazioni sia quantistiche che classiche.

Nel loro esperimento, i ricercatori hanno creato un'immagine finale combinata di un gatto "morto" e "vivo" utilizzando due fonti. Hanno usato una sorgente quantistica innescata da un laser per creare coppie di fotoni entangled, che illuminava un cristallo e passava attraverso un filtro per produrre un'immagine a infrarossi (800 nm) di un "gatto morto, " o quello a cui si riferiscono come il "gatto quantistico". hanno usato una sorgente classica con un LED per produrre l'immagine di un "gatto vivo". Quindi, con una configurazione ottica, hanno sovrapposto entrambe le immagini e hanno inviato l'immagine combinata a una speciale camera CCD nota come dispositivo accoppiato a carica moltiplicata per elettroni (EMCCD).

Con questa configurazione, hanno potuto constatare che, in linea di principio, entrambe le sorgenti luminose hanno lo stesso spettro, intensità media, e polarizzazione, rendendoli indistinguibili da una singola misurazione della sola intensità. Ma, mentre i fotoni che provengono dalla sorgente classica coerente (la luce LED) non sono correlati, i fotoni che provengono dalla sorgente quantistica (coppie di fotoni), sono correlati in posizione.

Utilizzando un algoritmo, sono stati in grado di utilizzare queste correlazioni di fotoni in posizione per isolare l'immagine condizionale in cui due fotoni arrivano ai pixel vicini sulla fotocamera e recuperano solo l'immagine "illuminata quantistica". Di conseguenza, l'immagine classica del "gatto vivo" è stata recuperata anche dopo aver sottratto l'immagine quantistica dall'immagine diretta dell'intensità totale.

Un altro problema sorprendente di questo metodo è che i ricercatori sono stati anche in grado di estrarre informazioni quantistiche affidabili anche quando l'illuminazione classica era dieci volte superiore. Hanno dimostrato che anche quando l'elevata illuminazione classica riduceva la qualità dell'immagine, erano ancora in grado di ottenere un'immagine nitida della forma dell'immagine quantistica.

Questa tecnica apre un nuovo percorso per l'imaging quantistico e i microscopi potenziati quantistici che mirano a osservare campioni ultrasensibili. Inoltre, i risultati di questo studio mostrano che questa tecnica potrebbe essere della massima importanza per le comunicazioni quantistiche. La capacità di mescolare ed estrarre informazioni specifiche trasportate dalla luce sia quantistica che classica potrebbe essere utilizzata per tecniche di crittografia e codifica delle informazioni. In particolare, potrebbe essere utilizzato per nascondere o crittografare le informazioni all'interno di un segnale quando si utilizzano rilevatori convenzionali.

Come il Prof. Daniele Faccio, Commenti, "Questo approccio porta un cambiamento nel modo in cui siamo in grado di codificare e quindi decodificare le informazioni nelle immagini, che speriamo possa trovare applicazioni in aree che vanno dalla microscopia al LIDAR nascosto."