Технологии квантовой механики позволяют обойти ограничения критериев Рэлея, ограничения дифракционного предела - «Наука и технологии»

Группа исследователей из Национального университета Сингапура нашла способ обхода ограничений так называемых критериев Рэлея, явления, которое происходит, когда два источника света сближаются настолько, что они как бы сливаются в один. Это явление, известное еще под названием дифракционного предела, не позволяет измерить расстояние между этими источниками света, что ограничивает разрешающую способность телескопов, микроскопов и других оптических приборов значением, равным четверти длины волны света. И сингапурским исследователям удалось избавиться от описанного выше явления при помощи ряда некоторых технологий из области квантовой механики.

Много лет назад ученые, изучающие звезды при помощи телескопов или рассматривающие крошечные объекты в микроскоп, заметили, что возможности этих оптических инструментов ограничены дифракцией. Когда интересующие их объекты находятся на очень маленьком расстоянии, они сливаются в единое целое, не позволяя рассмотреть их по отдельности. В 1879 году Джон Уильям Стретт (John William Strutt), лорд Рэлей, установил ряд критериев, описывающих данные ограничения, которые впоследствии были названы критериями Рэлея.

Для того, чтобы побороть проблему дифракции света, сингапурские ученые применили синтез методов квантовых измерения, квантовой оптики и статистическую теорию. Не вдаваясь в математические и физические "дебри", можно сказать, что использование принципов квантовой механики, которые в корне отличаются от принципов традиционной физики, позволяет получить большее количество информации об источниках света, что, в свою очередь, позволяет измерить расстояние между ними даже в том случае, если происходит нарушение критериев Рэлея.

Своей работой сингапурские ученые наглядно продемонстрировали то, что критерии Рэлея не являются фактическим пределом, который может ограничивать возможности современной измерительной техники и научного оборудования. Кроме этого, квантовые методы позволили им произвести измерения столь высокой точности, которая ранее считалась попросту недостижимой.

Исследователи сообщают, что разработанная ими технология, получившая название spatial-mode demultiplexing (SPADE), уже реализована в виде практического измерительного устройства. А не очень значительная модификация этого устройства позволит в недалеком будущем с его помощью измерять расстояние между звездами или крошечными объектами, находящимися на столь близком расстоянии, что их невозможно отделить друг от друга никакими другими методами. И первой областью практического применения станет флуоресцентная микроскопия, которая является наиболее подходящим кандидатом для внедрения новой технологии.