作者:斯特凡·罗特，维也纳理工大学 当光被无序结构偏转时，就很难估计目标的位置
在这项新的研究中，提出了一个程序，使人们能够在这种具有挑战性的情况下达到最佳的估计精度
学分:维也纳理工大学 激光束可以用来精确测量物体的位置或速度
然而，通常情况下，需要对这个物体有一个清晰、无阻碍的观察——而这个先决条件并不总是得到满足
例如，在生物医学中，检查嵌入在不规则、复杂环境中的结构
在那里，激光束被偏转、散射和折射，通常使得从测量中获得有用的数据成为不可能
然而，乌特勒支大学(荷兰)和图维恩大学(奥地利维也纳)现在已经能够表明，即使在如此复杂的环境中也可以获得有意义的结果
事实上，有一种方法可以专门修改激光束，使其在复杂、无序的环境中准确地传递所需的信息——不仅仅是近似的，而是以物理上最佳的方式:自然不允许相干激光有更高的精度
这项新技术可以用于非常不同的应用领域，甚至可以用于不同类型的波，现在已经发表在科学杂志《自然物理学》上
吸尘器和浴室窗户 “你总是想达到最好的测量精度——这是所有自然科学的核心要素，”图维恩的斯特凡·罗特说
“让我们想想，例如，巨大的LIGO设施，它正被用来探测引力波:在那里，你把激光束发射到一面镜子上，激光和镜子之间距离的变化被极其精确地测量
“这种方法非常有效，因为激光束是通过超高真空传送的
任何干扰，不管多小，都要避免
但是当你在处理无法消除的干扰时，你能做什么呢？乌特勒支大学的阿拉德·莫斯克说:“让我们想象一个玻璃面板，它不是完全透明的，而是粗糙且未经打磨的，就像浴室的窗户一样。”
“光可以通过，但不是直线
光波被改变和散射，所以我们不能用肉眼准确地看到窗户另一边的物体
“当你想检查生物组织内部的微小物体时，情况非常相似:无序的环境会干扰光束
简单、规则的直激光束变成复杂的波形，向各个方向偏转
最佳波 然而，如果你确切地知道干扰环境对光束的影响，你就可以扭转这种局面:这样就有可能产生一种复杂的波形，而不是简单的直激光束，由于干扰，激光束会被精确地转换成所需的形状，并正好击中能产生最佳结果的地方
“要做到这一点，你甚至不需要知道干扰到底是什么，”该研究的第一作者多里安·布切特解释道
“首先通过系统发送一组试验波来研究它们是如何被系统改变的就足够了
" 参与这项工作的科学家们共同开发了一种数学程序，然后可以用来从测试数据中计算最佳波:“你可以表明，对于各种测量，有某些波可以传递最大限度的信息，例如
g
某一物体所处的空间坐标
" 举个例子，一个隐藏在混浊的玻璃后面的物体:有一个最佳的光波，可以用来获得关于物体是向右移动了一点还是向左移动了一点的最大信息量
这种波看起来复杂而无序，但随后被混浊的玻璃以这样一种方式改变，即它以所希望的方式到达物体，并向实验测量设备返回尽可能多的信息
乌特勒支的激光实验 这种方法实际上是可行的，这一事实在乌特勒支大学得到了实验上的证实:激光束被引导穿过一种无序的介质，其形式为一种混浊的平板
介质的散射行为由此被表征，然后计算最佳波，以便分析板外的物体——这是成功的，具有纳米范围的精度
然后，该小组进行了进一步的测量，以测试他们新方法的局限性:激光束中的光子数量显著减少，以观察一个人是否仍然得到有意义的结果
通过这种方式，他们能够证明该方法不仅有效，而且在物理意义上甚至是最优的:“我们看到我们方法的精度只受到所谓的量子噪声的限制，”阿拉德·莫斯克解释说
“这种噪音源于光是由光子组成的——对此我们无能为力
但是在量子物理允许我们为相干激光束做的范围内，我们实际上可以计算出测量不同事物的最佳波
不仅是位置，还有物体的运动或旋转方向
" 这些结果是在一个半导体结构纳米尺度成像项目的背景下获得的，在该项目中，大学与工业界合作
事实上，这项新技术的可能应用领域包括微生物学，但也包括计算机芯片的生产，在这些领域，极其精确的测量是必不可少的
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