Фантомная визуализация: как сфотографировать «призрака»
Исследователи получили изображения первых «призраков» еще в 90-е годы, а сегодня эксперименты с технологией фантомной визуализации становятся все интереснее. Например, ученые подключают к системам импульсы человеческого мозга. Мы решили разобраться в этом «паранормальном» методе.
«Призрачный» снимок
«Классическую» фантомную визуализацию описали американские физики Тодд Питтман, Янхуа Ших и Александр Сергиенко в 1995 году. Они придумали систему, в которой лазер направляется на оптический кристалл — бета-борат бария, расщепляющий фотон на две запутанных частицы. Первую назвали «сигнальной», а вторую — «холостой». Специальный разделитель отправляет «сигнальный» фотон к объекту съемок, а «холостой» — к камере.
В качестве объекта для эксперимента ученые выбрали аббревиатуру своего университета. «Сигнальный» фотон либо сталкивается с ее контуром, либо проходит через предмет и попадает в «корзину». Это детектор, который фиксирует частицу, но не может указать точное место, куда попал фотон. Соответственно, аппарат сам по себе не способен создать никакое изображение. Зато это может сделать многопиксельная камера, которая определяет конкретное положение «холостого» фотона.
Оба устройства связаны с компьютером, который сохраняет «фотографии» частиц с камеры. Однако делает он это только тогда, когда два аппарата одновременно фиксируют фотоны. Алгоритм собирает достаточное количество снимков и создает изображение объекта. Получается, что камера фотографирует не саму аббревиатуру, а ее «призрак».
Эксперимент объясняется феноменом так называемой квантовой запутанности. Это явление, при котором состояния нескольких частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. Например, если одна частица отклоняется «вверх», вторая отклоняется «вниз».
После расщепления фотоны в эксперименте остаются связанными. Соответственно, регистрируя положение «холостой» частицы, съемочный аппарат фиксирует зеркальное отражение «сигнального» элемента, проходящего сквозь объект. В результате компьютер выводит снимок аббревиатуры, только вверх ногами.
После открытия «призрачной» технологии похожие эксперименты повторялись ни один раз. В 2018 году физики даже опубликовали первое изображение, полученное с помощью запутанных электронов (правая часть изображения). Однако призрачная визуализация — история не только про законы квантового мира. Например, в 2022 году ученые научились распознавать объекты вне зоны видимости с помощью искусственного интеллекта и импульсов человеческого мозга.
Как научиться «видеть сквозь стены»
Представьте, вы видите светлую стену, а ваш телефон уже через минуту сообщает, что находится за углом. Примерно так и работает система, которую представили исследователи из Университета Глазго, объединив искусственный интеллект и мозговые волны человека в одну установку для призрачной визуализации.
Механизм этой системы опирается на классический эксперимент фантомной визуализации, но предлагает новое виденье. Главное отличие — вместо камеры человеческий мозг. Участник тестирования надевал электроэнцефалографическую гарнитуру для мониторинга мозговых волн и видел только рассеянный свет на стене. Шлем, в свою очередь, считывал сигналы в зрительной коре головного мозга, которые поступали на компьютер.
Ученые использовали ЭГГ для оценки интенсивности света, проходящего через объект. Если сигнал гарнитуры падал ниже определенного порога, алгоритм делал вывод, что световой рисунок не соответствует предмету и может быть автоматически удален. В результате в течение минуты исследователи смогли восстановить пиксельные изображения простых объектов, которые человек не смог бы увидеть самостоятельно из-за препятствия.
Призрачная визуализация — технология, которая дает очень интересные возможности. С ее помощью можно увидеть запутанность, заглянуть за стену и сфотографировать крайне «хрупкие» объекты, не прикасаясь к ним. Возможно, именно этот метод когда-то раскроет секреты квантового и классического мира.
Полный текст статьи читайте на Компьютерра
