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Graças a uma nova técnica, físicos da Universidade de Glasgow, na Escócia, conseguiram pela primeira vez gravar informações em um holograma usando mecânica quântica. Isto poderia resultar em um “upgrade” significativo da holografia, para fins de entretenimento ou aplicações mais sérias, como imagens médicas.

Hologramas são algo que as pessoas vêem todos os dias. Em termos simples, eles são feitos pela manipulação da luz para produzir uma representação bidimensional de uma imagem tridimensional.

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São utilizados para fins de segurança em cédulas, cartões bancários e passaportes, mas suas aplicações variam amplamente, desde arte e entretenimento até navegação e imagens médicas. Os usos potenciais também são empolgantes. Um que está sendo estudado é o armazemento de dados em mídia holográfica, o que pode ser a próxima “grande coisa” no armazenamento de dados de alta capacidade.

Entretanto “a holografia clássica […] tem limitações, tais como interferência de fontes de luz indesejadas e forte sensibilidade às instabilidades mecânicas”, disse o físico Hugo Defienne, da Universidade de Glasgow, na Escócia.

“O processo que desenvolvemos nos liberta dessas limitações de coerência clássica e introduz a holografia ao reino quântico”, afirmou. O uso de fótons emaranhados oferece novas maneiras de criar hologramas mais nítidos e detalhados, que abrem novas possibilidades para aplicações práticas.

Para criar um holograma tradicional, um feixe de laser é dividido em dois. Uma parte é direcionada ao objeto a ser registrado, e refletida em um “filme”. A outra é direcionada diretamente para o filme. A diferença de fase entre as duas partes do feixe é o que possibilita que uma imagem seja criada.

Diagrama do sistema de Holografia Quântica criado pela Universidade de Glasgow. Imagem: Universidade de Glasgow

A equipe de Defienne usou uma abordagem similar: um par de fótons emaranhados é criado emitindo um laser sobre chapas contendo borato de bário. Isso divide os fótons emaranhados em fótons individuais, cada um com metade da energia do original.

Um destes fótons é direcionado ao objeto, e refletido no sensor de uma câmera digital. O outro passa por um modulador de luz, que o desacelera antes que seja direcionado para uma segunda câmera.

O holograma é criado usando a correlação entre a posição dos fótons emaranhados nas duas câmeras, e quatro hologramas são combinados para produzir uma imagem de alta resolução.

“Muitas grandes descobertas na óptica em física quântica nos últimos anos foram feitas usando sensores capazes de registrar um único pixel. Eles têm a vantagem de serem pequenos, rápidos e acessíveis, mas sua desvantagem é que eles capturam apenas dados muito limitados sobre o estado dos fótons emaranhados envolvidos no processo. Levaria um tempo extraordinário para capturar o nível de detalhes que podemos coletar em uma única imagem”, explicou o físico Daniele Faccio, da Universidade de Glasgow.

“Os sensores CCD que estamos usando nos dão uma resolução sem precedentes, até 10.000 pixels por imagem de cada fóton emaranhado”. Isso significa que podemos medir a qualidade de seu emaranhamento e a quantidade dos fótons nos feixes com notável precisão”.

A equipe usou sua nova técnica para gerar hologramas do logotipo da Universidade de Glasgow, assim como itens tridimensionais reais, como uma tira de fita adesiva e parte de uma pena de ave. Isto demonstra o uso potencial da técnica para medir estruturas biológicas.

“Uma dessas aplicações poderia ser em imagens médicas, onde a holografia já é usada em microscopia para examinar detalhes de amostras delicadas que muitas vezes são quase transparentes”, disse Defienne.

“Nosso processo permite a criação de imagens de maior resolução e menor ruído, o que poderia ajudar a revelar detalhes mais finos das células e nos ajudar a aprender mais sobre como a biologia funciona no nível celular”.

Fonte: Science Alert