关于不可见的最佳信息：测量您无法看到的对象

如何测量在正常情况下无法看到的对象？乌得勒支大学和Tu Wien（维也纳）用特殊的光波开辟了新的可能性。

激光束可用于精确测量物体的位置或速度。然而，通常，需要清楚，无障碍的视图，是可能的，并且不总是满足这种先决条件。例如，在生物医学中，检查结构，其嵌入不规则，复杂的环境中。在那里，激光束偏转，散射和折射，通常无法从测量中获得有用的数据。

然而，乌得勒支大学（荷兰）和Tu Wien（维也纳，奥地利）现在已经能够表明即使在这种复杂的环境中也可以获得有意义的结果。实际上，有一种方法可以具体修改激光束，使得它在复杂的环境中恰好提供所需的信息 - 而不是几乎，但以物理上最佳的方式：性质不允许具有相干激光更精确的精度。即使具有不同类型的波浪，新技术也可用于非常不同的应用领域，现在已经呈现在科学期刊中自然物理学。

真空和浴室窗户

“你总是希望达到最佳测量准确性- 这是所有自然科学的核心要素，“Tu Wien的Stefan Storter说。“让我们认为，例如，巨大的利奥设施，正在用于检测引力波：在那里，将激光束向镜子发送到镜子上，并以极端精度测量激光器和镜子之间的距离的变化。“这仅适用于如此良好，因为激光束通过超高真空发送。任何干扰，无论是多么小，都要避免。

但是当您处理无法删除的干扰时，您能做什么？“让我们想象一块不是完全透明的玻璃面板，而是像浴室窗户一样粗糙和粗糙，”来自乌得勒德大学的Allard Mosk说。“光可以通过，但不是直线。光波被改变并散布，因此我们无法准确地看到窗户的另一侧与肉眼的物体。“当您想检查生物组织内的微小物体时，情况非常相似：无序环境扰乱光束。然后，简单的常规直激光束变为偏转在所有方向上的复杂波图案。

最佳波

但是，如果您确切知道令人不安的环境对光束做了什么，可以扭转情况：然后可以创建复杂的波形图案而不是简单的直激光束，这将变换成所需的形状。由于干扰和击中它可以提供最佳结果。“为了实现这一目标，您甚至不需要确切地知道干扰，”Dorian Bouchet，这项研究的第一个作者解释说。“首先通过系统发送一系列试验浪潮来研究系统如何改变系统。”

The scientists involved in this work jointly developed a mathematical procedure that can then be used to calculate the optimal wave from this test data: “You can show that for various measurements there are certain waves that deliver a maximum of information as, e.g., on the spatial coordinates at which a certain object is located.”

例如，举一个隐藏在玻璃混浊窗格后面的物体：有一个最佳的光波可用于获得关于物体是否向右移动的最大信息或左侧的最大信息。该波看起来复杂和混乱，但是由混浊窗格修改，使得它以所需的方式到达物体并返回到实验测量装置的最大数量的信息。

乌得勒支的激光实验

该方法实际工作的事实是在乌得勒支大学进行实际确认的：激光束通过混浊板形式的无序介质引导。由此表征介质的散射行为，然后计算最佳波以分析在板上之外的物体 - 并且这成功地，在纳米范围内具有精度。

然后，该团队进行了进一步的测量来测试其新方法的限制：激光束中的光子的数量显着降低，以查看一个人是否仍然获得有意义的结果。通过这种方式，他们能够表明该方法不仅有效，而且在物理意义上甚至是最佳的：“我们看到我们的方法的精度仅受所谓的量子噪声限制，”Allard Mosk解释说。“这种噪音结果是光线由光子组成的事实 - 没有什么可以完成的。但在Quantum物理允许我们为连贯的激光束进行的限制内，我们实际上可以计算最佳波以测量不同的东西。不仅是位置，而且是对象的旋转方向。“

这些结果是在半导体结构的纳米级成像程序的背景下获得的，在该大学与工业合作。实际上，这种新技术的应用领域包括微生物学，但也包括计算机芯片的生产，其中极其精确的测量是必不可少的。俄罗斯比利时赔率

参考：Dorian Bouchet，Stefan ToTter和Allard P. Mosk，1月2021年1月21日，参考：“相干散射测量的最大信息状态”，自然物理学。
DOI：10.1038 / S41567-020-01137-4