A kvantummechanikusan összefonódott fényrészecskék áttörik a hagyományos optika határait, és bepillantást engednek korábban láthatatlan hullámhossztartományokba, így új lehetőségeket teremtenek a képalkotó technikák, a mikroszkópia és a spektroszkópia számára. E lehetőségek feltárása és technológiai megoldások létrehozása volt a célja Fraunhofer társaság QUILT projektjének, amelynek eredményeit most tették közzé.
A fényrészecskék (fotonok) keletkezésükkor összefonódnak, ami tulajdonságaikat illetően elválaszthatatlanul összeköti őket, nemcsak nagy távolságokon, hanem különböző hullámhossztartományokon keresztül is. Ezeket az összefonódott fotonokat használják a Fraunhofer kutatói a "QUILT - Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions" projektben. A fotonok segítségével olyan hullámhossz-tartományok kvantumoptikai megoldásait fejlesztik ki, amelyek eddig gyakorlatilag elérhetetlenek voltak. (A német Fraunhofer társaság a legnagyobb alkalmazott kutatási és fejlesztési szolgáltatásokat nyújtó szervezet Európában, amelynek mintegy 29 ezer alkalmazottja - főként tudósok és mérnökök - 2,8 milliárd eurós éves kutatási költségvetéssel dolgozik.)
E hullámhosszak a látható spektrum fényén túl is értékes információkkal szolgálnak. A rövidhullámú ultraibolya sugárzással például a sejtek legapróbb struktúrái is láthatóvá tehetők. Az infravörös sugárzás információt szolgáltat a levegőben lévő káros gázokról vagy a műanyagok összetételéről, a hosszúhullámú terahertzes sugárzás pedig a bevonatok és festékrétegek vastagságának pontos meghatározására használható. Hatalmas lehetőségek rejlenek az orvosbiológiai diagnosztika, az anyagvizsgálat vagy a folyamat- és környezetanalitika területén is, csakhogy ezeknek a fényhullámoknak a létrehozása és érzékelése lényegesen több erőforrást kíván, mint amit a látható tartományok képalkotási technikáiban használtak.
A Fraunhofer hat intézetének kutatócsoportjai négy éve dolgoznak külső szervezeteket is együttműködve azon, hogy megtalálják a módját, hogyan lehet az összefonódott fotonpárokat különböző mérési módszerekben felhasználni a képalkotás, a spektroszkópia és a méréstechnika területén. Azaz láthatóvá kellett tenniük a láthatatlant. Azt az alapelvet használták, hogy míg az egyik foton hullámhossza kamerával rögzíthető, a másikat úgy alakították ki, hogy a láthatatlan tartományban lépjen kölcsönhatásba a vizsgált tárggyal. Az Einstein által "kísérteties távolhatásnak" nevezett összefonódás azt jelenti, hogy a második foton által gyűjtött információ átkerül az elsőre, és így láthatóvá válik a kamera számára.
A projekt során a kutatók úttörő munkát végeztek ezen a viszonylag új területen. Bemutatták például a terahertzes sugárzás új detektálási elvének első alkalmazását, amely a jövőben javíthatja az anyagok vizsgálati módszereit. Kifejlesztették a klasszikus Fourier-transzformációs infravörös (FTIR) spektrométer kvantumoptikai megfelelőjét, amelyet például a folyamatanalitikában használnak gázminták vizsgálatára. A projekt keretében rögzítették az első olyan videót is, amely a nem észlelt fényt tartalmazó képalkotással készült. De a világ első olyan 2D-s képét is elkészítették, amelyet aszinkron detektálással, "kvantum szellemképalkotással" rögzítettek és rekonstruáltak. A szellemképalkotás mindenekelőtt biológiai és orvosi alkalmazásokra alkalmas, amelyekben a fényérzékeny sejtmintákat hosszú időn keresztül lehet megfigyelni, mivel az új eljárások kevesebb fényt használnak. Ez pedig segíthet a diagnózis javításában.
A projekt eredményeképpen hét szabadalmat nyújtottak be és adtak meg, magas szintű tudományos publikációkat jelentettek meg, valamint demonstrációs eszközöket mutattak be a kvantumalapú képalkotás, a spektroszkópia és az optikai tomográfia területén. A kutatók ezeket arra akarják felhasználni, hogy a kvantumalapú módszerek új, nem hagyományos alkalmazási területeinek feltárását már ipari partnerekkel folytassák. Különösen a környezettechnológia és az orvostechnika, érdekesek a számukra.
