Los investigadores están aprovechando las propiedades de la física cuántica para medir las distorsiones en las imágenes microscópicas y producir imágenes más nítidas.
Actualmente, las distorsiones de la imagen causadas por aberraciones debidas a defectos en una muestra o imperfecciones en los componentes ópticos se corrigen mediante un proceso llamado óptica adaptativa. La óptica adaptativa convencional se basa en un punto brillante identificado en la muestra que sirve como punto de referencia (la estrella guía) para detectar aberraciones. Dispositivos como moduladores de luz espacial y espejos deformables dan forma a la luz y corrigen estas distorsiones.
Para las muestras que no contienen puntos brillantes de forma natural (y que no se pueden etiquetar con marcadores de fluorescencia), se han desarrollado técnicas de procesamiento y métricas basadas en imágenes. Estos enfoques dependen de la modalidad de imagen y la naturaleza de la muestra. La óptica asistida por cuántica, por otro lado, se puede utilizar para acceder a información sobre aberraciones independientemente de la modalidad de imagen y la muestra.
Los investigadores de la Universidad de Glasgow, la Universidad de Cambridge y CNRS/Universidad de la Sorbona están midiendo aberraciones utilizando pares de fotones entrelazados.
El entrelazamiento cuántico describe partículas que están interconectadas independientemente de la distancia entre ellas. Cuando los fotones entrelazados encuentran una aberración, su correlación se pierde o se distorsiona. Medir esta correlación, que contiene información como la fase que no se captura en las imágenes de intensidad convencionales, y luego corregirla utilizando un modulador de luz espacial o dispositivos similares, puede mejorar la sensibilidad y la resolución de la imagen.
“Hay dos aspectos [de este proyecto] que encuentro muy interesantes: el vínculo que existe entre el aspecto fundamental del entrelazamiento y la fuerte correlación que existe; y el hecho de que es algo que puede resultar útil en la práctica”, afirma Hugo Defienne, investigador principal del CNRS en el proyecto.
En la configuración del equipo, se generan pares de fotones entrelazados mediante una conversión descendente paramétrica espontánea en un cristal delgado. Se envían pares de fotones anticorrelacionados a través de una muestra para obtener imágenes de ella en el campo lejano. Una cámara con dispositivo de carga acoplada multiplicadora de electrones (EMCCD) detecta los pares de fotones y mide las correlaciones de fotones y las imágenes de intensidad convencionales. Luego, las correlaciones de fotones se utilizan para enfocar la imagen mediante modulación de luz espacial.
Los investigadores demostraron su enfoque de óptica adaptativa sin estrellas guía utilizando muestras biológicas (una cabeza y una pata de abeja). Sus resultados mostraron que las correlaciones se pueden utilizar para producir imágenes de mayor resolución que la microscopía de campo brillante convencional.
"Creo que es probablemente uno de los pocos esquemas de imágenes cuánticas que está muy cerca de algo que pueda usarse en la práctica", dice Defienne.
Los fotones entrelazados pueden ver a través de materiales translúcidos
Trabajando para lograr una adopción generalizada de la configuración, los investigadores ahora la están integrando con configuraciones de microscopios de reflexión. Los tiempos de obtención de imágenes, actualmente la principal limitación de la técnica, se pueden reducir con tecnologías de cámara alternativas disponibles para aplicaciones comerciales y de investigación.
"La segunda dirección futura que tenemos es corregir las aberraciones de forma no local", dice Defienne. Esa técnica dividiría los fotones emparejados, enviando uno a un microscopio y otro a un modulador de luz espacial y una cámara. El enfoque crearía efectivamente una aberración que se correlaciona con una imagen de intensidad convencional para llegar a una imagen enfocada de alta resolución.
El estudio de investigación se publica en Ciencia:.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/entangled-photons-enhance-adaptive-optical-imaging/
