Quantentechnik: Röntgen mit verschränkten Photonenpaaren

Die schonende Quantenbildgebung mit Photonenpaaren aus der Biomedizin kann auch den Automobilbau verbessern.

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(Bild: Rudolf A. Blaha)

Von
  • Arne Grävemeyer
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Optische Untersuchungen in der Biomedizin werfen Probleme auf: Einige energiereiche Strahlungsarten schädigen beispielsweise Körperzellen, Biomoleküle oder die DNA. Strahlung mit einer schonenderen Wellenlänge hingegen lässt sich nicht gut detektieren. Die Quantenbildgebung kann diesen Widerspruch auflösen, denn durch quantenoptische Methoden lassen sich die Beleuchtung eines Objekts und seine anschließende Detektion spektral voneinander trennen. Die Forscher sprechen von Bildgebung mit nicht-detektiertem Licht (PDF).

Bei der Quantenbildgebung mit nicht-detektiertem Licht kommen verschränkte Photonenpaare mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen zum Einsatz. Während die Wellenlänge der einen Photonen auf die Durchleuchtung der eingespannten Probe abgestimmt ist, bewegt sich die Wellenlänge der anderen möglichst im sichtbaren Spektralbereich und lässt sich somit schon durch einfache CMOS-Sensoren erfassen. Das bedeutet tatsächlich, dass Photonen den Sensor mit Bilddaten von einem Objekt füttern, das sie selbst gar nicht durchleuchtet haben. Entscheidend dafür ist die Beziehung zwischen den beiden ungleichen Photonen eines Paares.

Für diese Quantenbildgebung kann es zahlreiche Anwendungen in der Medizin geben, in der Mikroskopie, aber auch in der Industrie. In Zukunft könnten derartige optische Verfahren ermöglichen, etwa Krebszellen schneller zu erkennen. Viren ließen sich optisch rascher analysieren als mit einem chemischen Schnelltest. Bereits heute gibt es erste Versuche für den Einsatz im Automobilbau, mit extrem langwelliger Strahlung die Dicke von Lackschichten zu messen und die Ergebnisse anhand der Partnerphotonen mit CMOS-Sensoren aufzuzeichnen.

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