روش موسوم به «تصویربرداری شبح‌» ghost imaging به‌گونه‌ای اصلاح شده که می‌توان با حذف تمام فوتون‌هایی که با یک شیء برهمکنش می‌کنند، از آن شیء تصویربرداری کرد.

یک پرتو نور را به دو قسمت تقسیم کنید و یکی از پرتوها (مرجع) را به یک دوربین چند-پیکسلی و دیگری (سیگنال) را به جسمی که قرار است از آن تصویربرداری شود و آشکارساز تک-پیکسلی در پشت آن، هدایت کنید. در این حالت علیرغم اینکه پرتو مرجع با جسم برهمکنش ندارد اندازه‌گیری همبستگی بین زمان‌های رسیدن فوتون به دو آشکارساز، امکان تصویربرداری از جسم توسط دوربین را فراهم می‌کند. اکنون میشوئه چنMeixue Chen و همکارانش در دانشگاه شیان جیائوتونگ در چین نسخه‌ای حتی عجیب‌تر از این تکنیک را نشان داده‌اند: آنها با حذف تمام فوتون ها از پرتو سیگنالی که با جسم برهمکنش دارد، یک تصویر می‌سازند [1].

تصویربرداری شبح‌ به تشخیص‌های همزمان ((coincident detections متکی است: مسیر یک فوتون سیگنال که حاوی اطلاعات تصویربرداری است، از اطلاعات مکانی که دوربین از یک فوتون مرجع همبسته به دست می‌آورد استنباط می‌شود. چنین همبستگی‌هایی می‌توانند از درهمتنیدگی کوانتومی یا نوسانات کلاسیک ناشی شوند. چن و همکارانش از نوری به اصطلاح شبه‌حرارتی (pseudothermal) استفاده کردند که با عبور یک لیزرِ کم-شدت از یک دیسک شیشه‌ای چرخان و زبر، قبل از رسیدن به تقسیم‌کننده پرتو تولید می‌شود. این دیسک فاز نور را به طور تصادفی در سراسر جبهه موج پرتو تغییر می دهد. سپس تداخل بین بخش‌های مختلف جبهه موج، نوساناتی در شدت یا تعداد فوتون ایجاد می کند که پس از تقسیم پرتو به دو قسمت، ادامه می یابد.

محققان هر دو پرتو را به آشکارسازهای تک پیکسلی فرستادند - پرتو سیگنال از طریق جسم مورد تصویربرداری، و پرتو مرجع مستقیماً به یک آشکارساز که برای ثبت اطلاعات مکانی به‌صورت رفت‌وبرگشتی به جلو و عقب حرکت می‌کرد. آنها تصویری از شیء -که حروف اختصاری مؤسسه‌شان بود- را با وجود اینکه فقط داده‌های مربوط به آشکارسازی فوتون‌های مرجع را در اختیار داشتند، بازسازی کردند. علاوه بر این، آنها نشان دادند که می‌توان با استفاده از پنجره‌های زمانی، زمانی که هیچ فوتونی از هر دو پرتو شناسایی نمی‌شود، یک تصویر تشکیل داد. چن می‌گوید که چنین تصویربرداری «صفر فوتونی» می‌تواند در تصویربرداری پزشکی یا سایر کاربردهایی که به سطوح پایین روشنایی نیاز دارند، مفید باشد.

1. M. Chen et al., “Ghost imaging with zero photons,” Phys. Rev. A 114, 043723 (2026).

منبع:

Ghost imaging with zero photons