Les chercheurs exploitent les propriétés de la physique quantique pour mesurer les distorsions des images microscopiques et produire des images plus nettes.
Actuellement, les distorsions d'image causées par des aberrations dues à des défauts d'un échantillon ou à des imperfections de composants optiques sont corrigées à l'aide d'un processus appelé optique adaptative. L'optique adaptative conventionnelle s'appuie sur un point lumineux identifié dans l'échantillon qui sert de point de référence (l'étoile guide) pour détecter les aberrations. Des dispositifs tels que des modulateurs spatiaux de lumière et des miroirs déformables façonnent ensuite la lumière et corrigent ces distorsions.
Pour les échantillons qui ne contiennent pas naturellement de points lumineux (et ne peuvent pas être étiquetés avec des marqueurs de fluorescence), des mesures et des techniques de traitement basées sur l'image ont été développées. Ces approches dépendent de la modalité d’imagerie et de la nature de l’échantillon. L’optique assistée quantique, quant à elle, peut être utilisée pour accéder à des informations sur les aberrations indépendamment de la modalité d’imagerie et de l’échantillon.
Les chercheurs du Université de Glasgow, l'Université de Cambridge ainsi que CNRS/Sorbonne Université mesurent les aberrations à l’aide de paires de photons intriqués.
L'intrication quantique décrit des particules interconnectées quelle que soit la distance qui les sépare. Lorsque des photons intriqués rencontrent une aberration, leur corrélation est perdue ou déformée. Mesurer cette corrélation – qui contient des informations telles que la phase qui ne sont pas capturées dans l’imagerie d’intensité conventionnelle – puis la corriger à l’aide d’un modulateur spatial de lumière ou de dispositifs similaires, peut améliorer la sensibilité et la résolution de l’image.
« Il y a deux aspects [de ce projet] que je trouve très passionnants : le lien qu'il existe entre l'aspect fondamental de l'intrication et la forte corrélation que vous avez ; et le fait que c'est quelque chose qui peut être utile dans la pratique », déclare Hugo Defienne, directeur de recherche CNRS sur le projet.
Dans la configuration de l'équipe, des paires de photons intriqués sont générées par conversion paramétrique spontanée dans un cristal mince. Des paires de photons anti-corrélés sont envoyées à travers un échantillon pour l'imager dans le champ lointain. Une caméra à dispositif à couplage de charge et multiplication d'électrons (EMCCD) détecte les paires de photons et mesure les corrélations de photons et les images d'intensité conventionnelles. Les corrélations de photons sont ensuite utilisées pour mettre l’image au point à l’aide d’une modulation spatiale de la lumière.
Les chercheurs ont démontré leur approche d’optique adaptative sans étoile guide en utilisant des échantillons biologiques (une tête et une patte d’abeille). Leurs résultats ont montré que les corrélations peuvent être utilisées pour produire des images à plus haute résolution que la microscopie conventionnelle en champ clair.
"Je pense que c'est probablement l'un des rares systèmes d'imagerie quantique très proche de quelque chose qui peut être utilisé en pratique", déclare Defienne.
Les photons intriqués peuvent voir à travers des matériaux translucides
Travaillant à l’adoption à grande échelle de l’installation, les chercheurs l’intègrent désormais aux configurations de microscopes à réflexion. Les temps d'imagerie, actuellement la principale limitation de la technique, peuvent être réduits grâce à des technologies de caméra alternatives disponibles pour les applications commerciales et de recherche.
"La deuxième direction que nous avons est de corriger les aberrations de manière non locale", explique Defienne. Cette technique diviserait les photons appariés, en envoyant un à un microscope et un autre à un modulateur spatial de lumière et à une caméra. L’approche créerait effectivement une aberration corrélée à une image d’intensité conventionnelle pour obtenir une image focalisée à haute résolution.
L'étude de recherche est publiée dans Sciences.
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- La source: https://physicsworld.com/a/entangled-photons-enhance-adaptive-optical-imaging/
