Предположим, что некоторый объект помещен в закрытое пространство, образованное, например, непрозрачной сферической камерой. Увидеть его обычным способом нет ни малейшей, даже теоретической, возможности (об экстрасенсах речь тут, конечно, не идет). Но что невозможно с точки зрения законов обычного мира вещей, то оказывается возможным в удивительном квантовом мире. И одно из наиболее удивительных свойств квантовых систем - это их способность образовывать так называемые "спутанные" (entangled) состояния, в которых изменения в одной части системы мгновенно сказываются на поведении другой ее части, удаленной на сколь угодно большое расстояние, т.е. сама эта связь не является функцией расстояния. Эйнштейн в свое время назвал это свойство "призрачным действием на расстоянии" ("spooky action at a distance") и использовал его в своей аргументации против квантовой теории как таковой. Тем не менее, эта призрачная спутанность оказалась самой реальностью квантового мира, что было блестяще доказано тонкими экспериментами.

Так вот, именно это свойство позволило группе исследователей из лаборатории квантового построения образов (Quantum Imaging Laboratory) Бостонского университета Айману Ф. Абурадди, Бахаа Э. А. Салеху, Александру В. Сергиенко и Мэлвину К. Тейку (Ayman F. Abouraddy, Bahaa E. A. Saleh, Alexander V. Sergienko, and Malvin C. Teich) разработать схему получения голографического изображения скрытого в сферической непрозрачной камере объекта (Optics Express, Vol. 9, No. 10, 05.11.2001, Р. 498-505). В стенке камеры имеется лишь очень маленькое отверстие, через которое свет может попадать в камеру, но обратно выходить не может. Фотоны рассеиваются на объекте и попадают на стенку камеры, которая устроена таким образом, чтобы определять момент попадания фотона в стенку. Место попадания при этом не определяется.

Обычным путем при такой схеме никакого изображения получить нельзя. Но если использовать "спутанные" пучки фотонов, то голограмму невидимого объекта можно получить. Весь "фокус" заключается в следующем. "Спутанные" фотоны имеют когерентность четвертого порядка (для обычной голографии требуется когерентность второго порядка, которая в данном случае отсутствует). Такие пучки фотонов можно, например, сгенерировать в процессе спонтанного оптического параметрического преобразования с понижением частоты в нелинейных кристаллах второго порядка, освещаемых лазером накачки. Свойства каждого из фотонов "спутанной" пары остаются неизвестными, пока не производится измерение свойств одного из них. Этим самым определяются и свойства "спутанного" с ним фотона. В предложенной схеме измеряются одновременные появления "спутанных" фотонов "объектного" и "опорного" пучков (см. рис., где S - источник фотонных пучков, h₁ и h₂ - пучки "спутанных" фотонов, С - камера, D - детектор).

На основе измерений делаются выводы об интерференции всех возможных путей, по которым может двигаться отдельный фотон в камере. И именно в получаемой таким образом интерференционной картине оказывается закодированной информация о скрытом трехмерном объекте. Эта информация затем может быть переписана на обычную фотопластинку, и голограмма объекта будет восстанавливаться с нее обычным образом. Вместо фотопластинки может быть использована также решетка микрозеркал, управляемых соответствующей электроникой.

Квантовой голографией занимаются и в других лабораториях, например, Д. Н. Клышко (ныне покойный) и А. В. Белинский на физфаке МГУ (см.: ЖЭТФ. 1994. Т. 105. С. 487-493).

Пока рассмотренный голографический процесс - чисто теоретическая разработка, но ученые предполагают уже в скором времени приступить к экспериментам. Вообще же устройства на "спутанных" фотонных пучках рассматриваются многими как перспективные для создания оптического квантового компьютера.

Полный текст статьи в "Optics Express" можно найти по адресу: www.opticsexpress.org/oearchive/pdf/35616.pdf.

Сергей САНЬКО