Přízračné zobrazování vylepšené počítačem vpravo. Kredit: Padgett & Boyd (2017).

Není to žádná duchařina z televize Prima. Přízračné zobrazování nezahrnuje trapné nadpřirozené jevy, nýbrž tak trochu strašidelné jevy z kvantové optiky. Zobrazování takových snímků obvykle vyžaduje počítačová kouzla s grafikou, nový výzkum ale ukazuje, že to není nutně podmínkou. Na preprintovém serveru arXiv se před pár dny objevila studie, kterou se svými kolegy sepsal Daniele Faccio z Glasgowské univerzity. Povedlo se jim přízračně zobrazovat přímo s lidským zrakem.

Daniele Faccio. Kredit: D. Faccio.

Co je vlastně zač přízračné zobrazování? Jde o takové zobrazování, které využívá světlo, co se nikdy nedotklo zobrazovaného objektu. Jinak řečeno, přízračné zobrazování něco zviditelní, aniž by to bylo přímo pozorováno. Má dvě varianty, kvantovou a klasickou. Kvantová metoda pracuje s páry entanglovaných, čili kvantově provázaných fotonů, zatímco klasická metoda využívá pár korelovaných koherentních světelných paprsků, aniž by přímo pracovala s entanglementem.

Mechanismus přízračného zobrazování zahrnuje rozdělování paprsků světla na dva samostatné paprsky a zároveň i fotonů na páry entanglovaných fotonů o nižších energiích. Jeden z těchto paprsků míří přímo na zobrazovaný objekt, a druhý, referenční paprsek směřuje přímo do multipixelového detektoru záření. Za zobrazovaným objektem je ještě jeden detektor záření, tentokrát ale se vstupem jediného pixelu záření.

University of Glasgow.

Když se foton z paprsku vysílaného na zobrazovaný objekt při kontaktu s objektem nějak pozmění, tak se tato změna projeví i na jeho protějšku v referenčním světelném paprsku. To je důsledkem magie kvantového provázání, díky kterému jsou páry částic permanentně provázány, i když jsou od sebe vzdálené. Na multipixelový detektor záření tedy dopadá světelný paprsek, který se sice zobrazovaného objektu ani nedotknul, přesto o něm ale nese informace.

Obraz, který lze získat přízračným zobrazováním, není právě křišťálově čistý. Proto přicházejí ke slovu počítače, které získaná data zpracují. Až do teď jsme se museli spoléhat jen na ně. Facciův tým to ale změnil. Když lidem ukázali jednotlivé detekované světelné vzory, tak jim nic neříkaly. Když ale vědci prezentovali 200 takových světelných vzorů v rychlém sledu, jeden snímek za 0,02 sekundy, tak lidský zrak najednou dokázal rozeznat původní objekt. Je to vůbec poprvé, kdy někdo použil přízračné zobrazování bez počítačového zpracování obrazu.

Na první pohled je přízračné zobrazování spíše jenom fyzikální hříčkou. Ale získalo si už pozornost vojáků, kteří už v roce 2014 postavili prototyp systému přízračného zobrazování, fungující na vzdálenost několika kilometrů. Armáda na něm oceňuje především to, že obvyklé překážky pro pozorování v terénu, jako například kouř nebo prach, nemají na přízračné zobrazování vliv.

Video:  Imaging with structured light: Single pixels cameras & computational ghost imaging


Literatura
New Scientist 26. 8. 2018, arXiv:1808.05137.