La lueur « fantomatique » de la lumière enchevêtrée révèle désormais les objets cachés mieux que jamais : ScienceAlert

Imagerie fantôme est un ensemble de techniques sophistiquées et incroyablement utiles que les scientifiques déploient pour photographier des objets sensibles à la lumière avec une résolution étonnamment élevée.

En utilisant un mélange de phénomènes quantiques et classiques pour extraire des informations visuelles d’un seul d’une paire de photons intriqués, la méthode peut capturer des images où des rayons énergétiques de lumière ou de rayonnement risquent d’endommager le matériau d’intérêt.

Une nouvelle étude a révélé un moyen d’améliorer l’imagerie fantôme sans ajouter beaucoup à son coût ou à sa complexité. En termes simples, cela signifie que ces techniques seront capables de capturer plus de détails à partir de plus d’objets.

Dans intrication quantique, des paires ou des groupes de particules non observées sont séparés après avoir interagi d’une manière ou d’une autre. Dans cet état non observé, leurs propriétés individuelles sont un brouillard de probabilités qui n’ont pas encore été déterminées par une mesure.

Pourtant, peu importe comment leur destin se déroule, cette mesure éventuelle sera corrélée avec les mesures des particules qu’ils ont rencontrées dans leur passé.

En imagerie fantôme, ces particules non observées sont des photons. L’un est envoyé pour interagir avec l’objet avant d’être attrapé par un simple détecteur. Un deuxième photon est envoyé d’une manière différente pour être scruté et mesuré en détail.

Bien qu’il n’ait effectivement rien vu au cours de son voyage, l’état de ce second photon peut fournir une quantité surprenante de détails sur l’expérience de son partenaire.

“Nous enverrions l’un des photons intriqués à l’objet que nous voulons regarder dans l’obscurité, et en regardant le photon qui reste avec nous, nous pouvons voir les propriétés de l’objet dans l’obscurité”, dit la physicienne quantique Bereneice Sephton, de l’Université du Witwatersrand, Johannesburg, en Afrique du Sud.

Jusqu’ici si astucieux. Mais ce que Sephton et ses collègues ont pu faire, c’est améliorer cette approche en modifiant la façon dont les photons interagissent avec leur environnement sur leur chemin vers la détection.

Ces altérations affectent la distribution de probabilité de chaque particule, ou ce qu’on appelle sa phase, fournissant une nouvelle couche d’informations qui peut être utilisée pour en déduire davantage sur la taille, la forme et d’autres propriétés de l’objet rencontré.

En extrayant quelques détails supplémentaires sur leur phase, les chercheurs pourraient améliorer la résolution de la caméra d’imagerie fantôme.

Ce qui est impressionnant à propos de la recherche, c’est qu’il ne s’agit pas d’une refonte majeure de la façon dont l’imagerie fantôme était réalisée auparavant – il s’agit plutôt de reconnaître que certains des «effets secondaires» auparavant cachés de l’imagerie fantôme peuvent être utiles dans le processus.

“Nous avons découvert que les informations étaient cachées dans la technique depuis le début et, avec quelques ajustements, vous pouvez voir des fonctionnalités très riches et intéressantes”, dit Bérénice Sephton.

À une échelle beaucoup plus grande, c’est grâce à l’information de phase que les ondes gravitationnelles sont détectées à l’Observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO). Ces ondes sont observées indirectement, et non directement.

Les scientifiques ont pu tester leurs idées et montrer que cette version améliorée de l’imagerie fantôme était en effet possible : les résultats qu’ils ont obtenus à partir d’expériences réelles correspondaient bien à leurs estimations théoriques.

En fin de compte, cela devrait donner aux scientifiques utilisant l’imagerie fantôme plus de flexibilité dans la façon dont ils peuvent aborder le processus et plus de détails dans les résultats finaux, tout en facilitant la capture de certains types d’objets.

“Nous espérons que cela pourra être utilisé, entre autres, pour l’imagerie d’échantillons biologiques sensibles afin de voir des caractéristiques et des propriétés qui auraient nécessité des moyens beaucoup plus compliqués ou coûteux sans cela”, dit Septton.

La recherche a été publiée dans OPTIQUE.