Precisionen för att mäta nanoskopiska strukturer skulle kunna förbättras avsevärt, tack vare forskning som involverar University of Warwick och QuantIC-forskare vid University of Glasgow och Heriot Watt University om optisk avkänning.

QuantIC är UK Quantum Technology Hub inom Quantum Enhanced Imaging och en del av UK National Quantum Technologies Programme.

Med hjälp av fotonpar, grundläggande energikomponenter som utgör ljus, forskarna har utarbetat ett sätt att mäta tjockleken på föremål som är mindre än 100, 000:e av människohårets bredd.

Den nya tekniken innebär att två nästan identiska fotoner avfyras på en komponent som kallas en stråldelare, och övervaka deras efterföljande beteende - med cirka 30, 000 fotoner detekterade per sekund, och 500 miljarder i användning under ett fullständigt experiment.

På grund av tendensen hos identiska fotoner att "kompis" och fortsätta resa tillsammans – resultatet av en delikat kvantinterferenseffekt – erbjuder forskarnas nyutvecklade uppsättning samma precision och stabilitet som befintliga enfotontekniker som, på grund av den utrustning som krävs, är dyrare.

Erbjuder en rad potentiella användningsområden, inklusive forskning för att bättre förstå cellmembran och DNA, samt kvalitetskontroll för nanoskopiska 2D-material av en enda atoms tjocklek, som grafen, den nya forskningen är också en markant förbättring av nuvarande tvåfotontekniker med upp till 100x bättre upplösning.

För att mäta tjockleken på ett genomskinligt föremål (vilket som helst föremål genom vilket en foton kan passera), var och en av ett par identiska fotoner avfyras längs separata banor:

• Foton A fortsätter sedan till en stråldelare, medan foton B bromsas av ett genomskinligt föremål innan den går in i samma stråldelare.
• Sannolikheten för att fotonerna lämnar stråldelaren tillsammans registreras sedan så att forskare kan mäta tjockleken på det transparenta objektet Photon B passerade igenom.

När tjockleken på provet ökar, fotonerna är mer benägna att lämna stråldelaren separat.

Dr George Knee vid University of Warwick Department of Physics, som utvecklade teorin bakom den nya metoden, sa:

"Det som är riktigt spännande med dessa resultat är att vi nu kan undersöka objekt nere på nanoskala med en optisk sensor som fungerar på en fundamentalt annorlunda fysisk effekt.

"Tills nu, så kallad tvåfotoninterferens har inte kunnat uppnå så bra upplösning, vilket innebär att vi har fastnat för några av nackdelarna med de etablerade metoderna baserade på enfotoninterferens-vilket kräver dyrare teknik än vår nya tvåfotonteknik.

"Vi har lyckats få en stor förbättring genom att ställa in interferometern till ett känsligare driftläge och ta bort långsam drift genom att upprepade gånger koppla in och ut provet.

"Fördelarna med att vara ogenomtränglig för fasfluktuationer och ha stort dynamiskt omfång innebär att sensorer som vår kan ha stor inverkan på biologisk avbildning och den tillhörande forskningen som den matas in i."

QuantIC medutredare och ledande forskare i projektet, Professor Daniele Faccio, vars två fotonavkänningsteknologi användes för att generera data sa:

"Resultaten av vårt samarbete med University of Warwick erbjuder en rad möjliga användningsområden, inklusive forskning för att bättre förstå cellmembran och DNA samt en kvalitetskontroll för nanoskopiska 2D-material med en enda atoms tjocklek, som grafen.

Vi är glada över att utveckla kvantavbildning och hjälpa till att behålla Storbritanniens position i utvecklingen av ny kvantteknologi."

Forskningen, Attosecond-Resolution Hong-Ou-Mandel Interferometry, publiceras av Vetenskapens framsteg .