Введение
Использование квантово запутанных фотонов (бифотонов) для визуализации является перспективным направлением, так как период дифракционной картины бифотонов вдвое уже, чем у классического света. Это указывает на возможность достижения сверхразрешения при использовании квантовой визуализации. Кроме того, квантовая визуализация демонстрирует лучшее отношение сигнал/шум (SNR) при большом количестве рассеянного света.
Основные проблемы методов квантовой визуализации: низкая скорость и небольшая числовая апертура оптической системы. Предложенная в статье схема квантовой микроскопии по совпадению (QMC) отличается симметричным построением оптических путей сигнальных и холостых фотонов, увеличением числовой апертуры системы и улучшенным алгоритмом получения изображения. Алгоритму требуется меньше кадров, поэтому скорость визуализации увеличена в 5 раз в сравнении с аналогичными методами. Поле зрения составляет 100 мкм × 50 мкм, а разрешение 1,4 мкм.
Эксперимент
В схеме QMC (рисунок 1) излучение разделяется зеркальной призмой MRAK25-P01 (Thorlabs) на два плеча с сигнальными и холостыми фотонами. Их оптические пути симметричны от плоскости Фурье источника до плоскости детектирования, что обеспечивает корреляцию по координате и импульсу. В оба плеча интегрированы объективы с высокой числовой апертурой LI-20X, NA = 0,4 (Newport).
С каждым объективом также установлена полуволновая пластина на моторизованном прецизионном поворотном креплении PRM1Z8 (Thorlabs). Плоскость объекта, промежуточная плоскость и плоскость детектирования соединены 4f оптическими системами.
Рисунок 1 – Экспериментальная схема
В качестве источника накачки используется CW лазер FQCW266-10-C (CryLaS), мощность 10 мВт. В качестве поляризатора используется призма Глана GLB10-UV и полуволновая пластина WPH05M-266 (Thorlabs) используется для настройки угла наклона поляризации излучения (используется вертикальное направление поляризации).
Излучение проходит через кристалл BBO PABBO5050-266(I)-HA3 (Newlight Photonics), где генерируется пара запутанных фотонов. Полосовой фильтр с центральной длиной волны 532 нм и полосой пропускания 2 нм 64-252 (Edmund Optics) используются для блокировки излучения накачки.
Для обнаружения фотонов используется камера EMCCD iXon Ultra 888 (Andor) с коэффициентом усиления 1000. Перед камерой также помещен полосовой фильтр для блокировки рассеянного света.
Алгоритм оценки совпадений
Распределения запутанных пар фотонов в правой и левой области камеры симметричны относительно центральной точки. Интенсивность пары пикселей правого и левого изображения определяется как сумма интенсивности изображения объекта и интенсивности шума.
Ковариация между запутанными фотонами в последовательности кадров намного больше, чем ковариация между двумя случайными фотонами. Поэтому из выражения можно удалить составляющую шума, после преобразования выражение для ковариации принимает вид
Получение ковариации запутанных фотонов напрямую из каждого кадра обеспечивает значительно более сильное подавление рассеянного света в сравнении с прочими методами визуализации, а также лучший SNR. На рисунке 2 показано сравнение QMC и существующих методов.
Рисунок 2 – SNR метода QMC и других методов широкопольной квантовой визуализации (а) для различного числа использованных кадров, (б) для 105 кадров при рассеянном свете различной интенсивности. Классическое (в) и QMC (г) изображение углеродных волокон в присутствии рассеянного света интенсивностью 8I0, 2 × 106 кадров, масштаб: 20 мкм.
Оценка пространственного разрешения
Для оценки пространственного разрешения определяются FWHM функции рассеяния линии вблизи точки фокуса (рисунок 3). Наилучшие значения составляют 2,9 мкм и 1,4 мкм для классической и квантовой визуализации соответственно. Таким образом, QMC демонстрирует двукратное улучшение пространственного разрешения по сравнению с классической визуализацией.
Рисунок 3 – Изображение тестового объекта USAF 1951, группа 7 (2,76 – 3,91 мкм), полученное с помощью классической (а) и QMC (б) визуализации, масштаб 20 мкм. (в) Нормализованные функции линии рассеяния классической и квантовой визуализации для различных значений координаты z относительно точки фокуса. (г) Пространственное разрешение в зависимости от z.
Визуализация клеток методом QMC
На рисунке 4 показана визуализация раковых клеток классическим методом и методом QMC. Изображения усреднены по 2 х 106 кадрам (время записи одного кадра: 10 мс). QMC обеспечивает четкое разделение двух клеток, обозначенных стрелками, в отличие от классической визуализации.
Рисунок 4 – Изображения, полученные с помощью классической (а) и QMC (б) визуализации. Шкала 20 мкм. (в) Нормализованная интенсивность классических и квантовых изображений на линии между стрелками.
Заключение
Метод микроскопии по совпадению (QMC) имеет преимущество перед существующими методами широкопольной квантовой визуализации благодаря сверхвысокому разрешению 1,4 мкм, в 5 раз более высокой скорости, улучшению SNR в 2,6 раза и в 10 раз большей устойчивости к рассеянному свету. QMC подходит для неразрушающей визуализации на клеточном уровне деталей, которые не могут быть разрешены с помощью классической визуализации, что было продемонстрировано при визуализации раковых клеток.
Компания INSCIENCE является поставщиком надежных решений в области систем квантового шифрования и квантовой связи
В статье описывается метод широкопольной квантовой микроскопии с пространственным разрешением 1,4 мкм, основанный на схеме с симметричными плечами холостых и сигнальных фотонов. Преимущества метода: высокие скорость, отношение сигнал/шум и устойчивость к рассеянному свету в сравнении с аналогичными методами квантовой визуализации.
В статье рассматриваются методы и аппаратные средства защиты высокоскоростных систем квантового распределения ключей от атак, связанных с засветкой детекторов одиночных фотонов интенсивным лазерным излучением.
Трансплантация митохондрий - важная терапевтическая стратегия восстановления энергообеспечения у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС), однако есть ограничение в инвазивности метода трансплантации и потерей активности митохондрий. Здесь сообщается об успешной трансплантации митохондрий путем перорального приема для лечения ИБС. Результаты, полученные на животных моделях ИБС, показывают, что накопленные наномоторизованные митохондрии в поврежденной сердечной ткани могут регулировать сердечный метаболизм, тем самым предотвращая прогрессирование болезни.
В обзоре описываются возможности программируемой системы управления квантовыми вычислениями QCCS, разработанной Zurich Instruments. QCCS масштабируется для систем, содержащих свыше 100 кубитов, увеличивает точность выполнения операций, улучшает процесс считывания кубитов, а также позволяет внедрить быструю квантовую обратную связь для эффективной коррекции ошибок.
В статье исследуются характеристики научной камеры Tucsen Dhyana95 с BSI-sCMOS сенсором (КМОП-сенсором с обратной засветкой) при регистрации видимого излучения. Проводится сравнение характеристик BSI-sCMOS камеры со спецификацией BSI-CCD камеры.
В статье рассматриваются перспективы применения лазерного ударного упрочнения для улучшения эксплуатационных характеристик высококачественной керамики. Для проведения эксперимента используется излучение высокой энергии 2-й, 3-ей и 4-ой гармоник наносекундного Nd:YAG лазера Litron LPY10J.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
