Wir können also fleißig Licht einstrahlen und auf unsere Detektoren schauen. Wenn wir etwa gleich viele Photonen in beiden finden, dann ist bei O ein Hindernis, sonst nicht. (Das paper analysiert den allgemeinen Fall, wo das Hindernis nur eine Wahrscheinlichkeit hat, das Photon zu absorbieren und zusätzlich noch phasenzuverschieben, aber das macht die Sache zwar komplizierter, ändert am nichts am Prinzip.) Das Tolle an dem Aufbau ist, dass wir die photonen, die bei O mit dem Objekt wechselwirken, gar nicht messen. Wenn wir also einen Detektor haben, der infrarote Photonen nicht detektieren kann, können wir trotzdem das Objekt bei O mit infrarotem Licht abbilden.
Um aus dem ganzen jetzt eine echte Kamera zu machen, muss man natürlich noch ein paar Linsen einbauen, damit man ein ganzes Objekt abbilden kann, nicht nur einen Bildpunkt. Das sind aber ja eher technische Probleme – ich setze mal schnell meinen “Theoretischer-Physiker-Hut” auf und erkläre die für uninteressant, es geht ja nur ums Prinzip.
Um das ganze zu testen, wurden verschiedene Objekte in den Strahl bei O gehalten. Ich zeige hier nur ein Bild. Dabei wurde eine Silizium-Platte genommen, die für die Signal-Photonen undurchsichtig ist (sichtbares Licht wird von Silizium absorbiert), für infrarote Photonen aber durchsichtig (das liegt daran, dass Silizium ein Halbleiter ist – Photonen mit zu kleiner Energie können nicht absorbiert werden, weil es keine passenden energetischen Zustände gibt. Das erkläre ich übrigens detailliert ganz woanders.) In diese Platte wurde eine Kontur hineingeätzt:
Aus Lemos et al., s.u.
Weil die Photonen, die durch die Platte hindurchgehen, dabei ein wenig beeinflusst werden (hier kommt jetzt die oben eingeklammerte Phasenverschiebung ins Spiel, die dafür sorgt, dass die Interferenz bei BS2 zusätzlich beeinflusst wird; letztlich liegt es einfach daran, dass Licht in Sulizium langsamer läuft), kann man die eingeätzte Struktur abbilden. So sieht das dann aus:
Aus Lemos et al., s.u.
Die beiden Teilbilder zeigen jeweils, was man am einen und am anderen Detektor sieht, die Helligkeit gibt an, wie viele Photonen detektiert wurden.
Wir beleuchten also das Objekt mit Photonen, die wir nie detektieren (und für die der Detektor auch gar nicht sensitiv ist) und detektieren hinterher Photonen, die von unserem durchstrahlten Objekt vollkommen absorbiert werden würden, wenn sie denn mit ihm Kontakt gehabt hätten. Schon eine ziemlich abgefahrene Anwendung der Quantenmechanik. Wie gesagt, ist das ganze nicht nur eine nette Demonstration der QM, sondern könnte auch praktische Anwendungen haben, weil man auf diese Weise Objekte prinzipiell mit Licht in einem Wellenlängenbereich abbilden kann, für den man keine passenden Detektoren hat.
Lemos, Gabriela B., et al. “Quantum Imaging with Undetected Photons.” arXiv preprint arXiv:1401.4318 (2014).
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