תוך ניצול אותה מוזרות קוונטית שהולידה את החתול הלא-מת של שרדינגר בניסוי המחשבה המפורסם, צוות מחקר צילם דיוקן של חור בצורת חתול בקרטון מבלי לאסוף שום אור שמקפיץ את החתלתול הדו-ממדי. המצלמה העיוורת הזו, הכוללת לייזרים וקריסטלים, יכולה לעזור למדענים להאיר עולמות מיקרוסקופיים שקשה לצלם אותם באמצעות טכניקות קיימות, הצוותדוחותב-28 באוגוסטטֶבַע.
"לא זיהינו פוטונים שמגיעים מהאובייקט, אבל קיבלנו תמונה ברורה באופן מפתיע", אומרת הפיזיקאית והסופרת הראשית גבריאלה למוס מאוניברסיטת וינה.
הניסוי מציין את הפעם הראשונה שתמונה הופקה באמצעות אור שמעולם לא קיים אינטראקציה עם הנושא. טכניקות קיימות של הדמיה קוונטית כגון הדמיית רפאים () עדיין דורשים אור מהאובייקט כדי להשלים את התמונה.
למוס מכירה בכך שהפיזיקה שמניעה את הניסוי החדש של הצוות שלה נראית מנוגדת לאינטואיציה. "גם לנו זה לא ממש הגיוני, ואני אוהב את הדברים האלה שמאתגרים את הדמיון והאינטואיציה שלנו."
ניסוי השולחן של הצוות מתחיל בקרן לייזר ירוקה המחולקת באופן אקראי לשתי קרנות נפרדות. פיצול זה יוצר שני גורלות אפשריים לכל פוטון. בדיוק כמו שהחתול של שרדינגר מת וגם חי בקופסה לא נפתחת, כל פוטון הולך בשני הנתיבים האפשריים בו זמנית, תופעה שנקראת סופרפוזיציה. כל עוד אף אחד מהמסלולים לא מוסיף מידע לפוטונים, כל פוטון יקיים אינטראקציה עם דופלגנר המציאות החלופית שלו כאשר שני הנתיבים יתחברו שוב יחד, וייצרו דפוס אור שניתן לזהות. במקרה זה, הדפוס הזה יצר צללית של חתול.
פוטונים בתוך החצי השמאלי של האלומה המפוצלת נכנסים גביש מיוחד שהופך כל פוטון ירוק שנכנס לשני פוטונים, צהוב ואדום. רפלקטור מיוחד מכוון את הפוטונים האדומים לעבר פיסת קרטון עם חור בצורת חתול בגודל 3 מילימטרים חתוך לתוכה. בעוד שחלק מהאור עובר בצורה נקייה דרך הפתח, פוטונים אחרים מתנפצים אל הקרטון.
לאחר מכן, ההגדרה מיישרת את הפוטונים האדומים הנותרים ואת החצי הימני של קרן הלייזר הירוקה לכדי גביש נוסף הממיר אור ירוק לאור אדום וצהוב. היכן שהפוטונים האדומים הנכנסים שנחסמו על ידי הקרטון צריכים להיות בגביש, הפוטונים הצהובים החדשים שנוצרו מופיעים, לאחר שנוצרו מבלי משים עם מידע על גודל חור החתול. זה הרגע שהמידע קופץ מהקרן האדומה לכמה מהפוטונים הצהובים החדשים שנוצרו.
לבסוף, מראות מכוונות את קרני האור הצהובות השמאלית והימנית יחד ולכיוון חיישן (הפוטונים האדומים נזרקים החוצה). בחלק החיצוני של החיישן שבו הפוטונים הצהובים מהגביש השני נושאים מידע, שתי הקרנות אינן מקיימות אינטראקציה. אולם בתוך קווי המתאר של החתול, הפוטונים מפריעים זה לזה, ויוצרים דפוס אור מובהק. למרות שהפוטונים האדומים יצרו אינטראקציה עם החתול, האור הצהוב הוא שצובע את התמונה - פוטונים שמעולם לא התקרבו לחתלת הקרטון.
למוס אומרת שאיכות התמונה הפתיעה אותה. "ציפיתי למשהו נורא, משהו מטושטש לגמרי", היא אומרת. "אפילו לא היינו צריכים זמני חשיפה ארוכים; זה לקח רק שנייה. כשהסתובבנו על הקרטון, ראינו מיד את השינוי בתמונה”.
השיטה יכולה לספק יתרון גדול למדענים המדמים מבנים זעירים כמו מעגלים משולבים ותאים חיים, מציע Lemos. המצלמה הקוונטית יכולה להשתמש באורך גל אחד של אור כדי ליצור אינטראקציה עם אובייקט ואז להעביר את המידע לטווח אור שניתן למדידה בקלות רבה יותר, היא אומרת.
סת לויד, מהנדס מכונות ב-MIT, אומר שלמרות שההתקנה נראית מבטיחה, הזמן יגיד אם היא תעלה על טכניקות ההדמיה הקיימות. לעת עתה, אומר לויד, "העבודה מגניבה ביותר - היא משתמשת במכניקת קוונטים כדי לעשות דברים שנשמעים מאוד בלתי סבירים אם לא בלתי אפשריים; זה הופך את המדע לאלגנטי."
הערת העורך: מאמר זה עודכן ב-2 בספטמבר 2014 על ידי שינוי התמונה העליונה. התמונה במאמר כעת היא "דיוקן החתול" שצולם עם מערך הניסוי המתואר, ולא תמונה הקשורה באופן הדוק.
