Tekniker som biomedicinsk avbildning och spektroskopi kan förbättras tack vare en upptäckt inom forskningen som involverat flera institutioner, däribland University of Glasgow. Forskare har upptäckt att tvåfotonprocesser, som har tillämpningar inom studiet av Alzheimers sjukdom och andra nervsystemssjukdomar, kan förstärkas av kvantljus på mycket högre nivåer än vad man tidigare trott var möjligt.
Processerna kräver normalt högintensivt ljus, men detta kan skada eller bleka proverna.
För många år sedan föreslogs – och har sedan dess visats – att sammanflätade fotonpar skulle kunna övervinna denna begränsning. Det har dock varit en utbredd uppfattning att denna kvantförstärkning endast fungerar för mycket svagt ljus, vilket har väckt tvivel om metodens användbarhet.
I den nya studien från forskare i Skottland och Italien har man dock funnit bevis för kvantförstärkning som fungerar vid nästan tio gånger högre ljusintensitet.
Forskningen kan bana väg för ny teknik som erbjuder ökad signalstyrka utan att kvantförstärkningen går förlorad.
Studien har genomförts av forskare vid Strathclyde, University of Glasgow, Università dell’Insubria i Como och Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR i Milano. Den har publicerats i tidskriften Science Advances.
Dr Lucia Caspani, tidigare lektor (och nu gästforskare) vid Strathclydes institut för fotonik och huvudforskare i projektet, säger: ”Vi har kunnat visa att kvanteffekter fortfarande kan ge en fördel långt över lågintensitetsnivån.
Detta kan avsevärt utvidga kvantljusets roll inom tillämpad teknik, särskilt inom biosensorik.
Vår forskning kan lägga grunden för nästa generation av kvantförbättrade sensortekniker.”
Forskarna gjorde experimentella och teoretiska undersökningar av tvåfotonprocesser och jämförde kvantfysikresultaten med resultaten från ett experiment med klassiskt, icke-kvantumljus.
De teoretiska och experimentella resultaten stämde väl överens, vilket tyder på att tvåfotonprocesser som drivs av kvantljus är effektivare än sina klassiska motsvarigheter, även vid högre intensiteter där kvantförstärkningen förväntas avta.
Mer information: Thomas Dickinson et al, Quantum-enhanced second harmonic generation beyond the photon pairs regime, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw4820
