La adopción de tecnologías cuánticas en la obtención de imágenes y la detección representa un avance considerable para muchas aplicaciones de medición en distintas disciplinas científicas, desde la física fundamental y la biología hasta la microscopía y los sensores ópticos. Dado que la medición de la fase óptica es una herramienta muy valiosa en diversos campos de la ciencia, los investigadores trabajan intensamente para aprovechar el fenómeno de entrelazamiento o compresión cuántica con tal fin. El resultado ha sido una notable mejora en la estimación de fases y la obtención de imágenes en sistemas de medición interferométricos (configuraciones que utilizan el fenómeno de la interferencia de ondas para la medición), un avance que ha superado los límites habituales. Sin embargo, estos sistemas interferométricos no son adecuados para la obtención de imágenes de campo amplio que consideran múltiples parámetros porque necesitan un escaneo de trama poco práctico para muestras grandes.

El equipo de investigación del proyecto Qu-Test, financiado con fondos europeos, ha desarrollado una tecnología que utiliza correlaciones cuánticas para mejorar la obtención de imágenes de perfiles de fase sin recurrir a métodos interferométricos. Un artículo publicado en la revista Newswise sostiene que el método propuesto puede aplicarse directamente a configuraciones de microscopía de transmisión de campo amplio para obtener una recuperación completa de la fase en tiempo real y es intrínsecamente más estable que los dispositivos interferométricos. Asimismo, el artículo añade que al mejorar la sensibilidad se podría recuperar más información de las muestras de la que habitualmente se recupera con una exposición de fotones fija o, lo que es lo mismo, con un tiempo de medición fijo.

El método que aprovecha el entrelazamiento para mejorar la obtención de imágenes de un objeto con fase pura en configuraciones no interferométricas se basa en la denominada ecuación de transporte de intensidad (ETI). La ETI es una técnica computacional para reconstruir la fase de una onda compleja en microscopía óptica y electrónica, y describe la relación interna entre la distribución de intensidad y de fase de una onda. El método basado en la ETI es cuantitativo, proporciona el valor absoluto de la fase sin necesidad de tener conocimiento previo del objeto y funciona en modo de campo amplio. Por lo tanto, no necesita un escaneo de trama, que consume mucho tiempo.

Mejora de la calidad de las imágenes y de la estimación de la fase

Además, el método utiliza un par de haces de luz entrelazados. Las correlaciones cuánticas entre los dos haces son tan fuertes que resultan idénticas y actúan como un solo fotón. El equipo científico utilizó estas correlaciones para reducir las fluctuaciones de ruido intrínsecas a la luz de exploración. El resultado obtenido fue una mejora general de la calidad de la imagen con un número fijo de fotones irradiados a través del objeto, lo que se traduce en una imagen más nítida. Asimismo, permite obtener mayor precisión en la estimación cuantitativa de la fase.

Se ha demostrado que los recursos cuánticos, como el entrelazamiento y la compresión, son útiles para mejorar diversas aplicaciones de detección, entre ellas la obtención de imágenes, la estimación de la fase interferométrica, la detección de objetivos y la medición precisa de distancias. Nuestra propuesta aporta una nueva contribución a este amplio panorama. Hemos demostrado que el sistema ETI clásico de recuperación de fase, muy estudiado, se puede mejorar en gran medida utilizando correlaciones cuánticas que ya son rutinarias en los laboratorios, lo que revela un interesante potencial para diversas aplicaciones en un futuro relativamente cercano, observan los autores del artículo de Newswise.

Como señalan en su artículo, publicado en la revista Light: Science & Applications, el trabajo que hemos realizado prepara el terreno de las aplicaciones que utilizan longitudes de onda no visibles para el ojo humano, como las imágenes de rayos X, donde resulta fundamental reducir la cantidad de fotones utilizados. El proyecto Qu-Test finaliza en 2026.

Autor