科學家利用糾纏光子，成功實現(xiàn)量子成像技術

（文章來源：博科園）
糾纏光子也可以用來改進成像和測量技術，弗勞恩霍夫應用光學和精密工程研究所的科學家，開發(fā)了一種量子成像解決方案，可以利用極端的光譜范圍和較少的光，促進對組織樣本的高度詳細觀察。雖然光學分析技術（如顯微鏡和光譜學）在可見光波長范圍內非常有效，但在紅外或太赫茲范圍內很快就達到了極限，然而，這正是有價值的信息隱藏的地方。

例如，蛋白質、脂質和其他生化成分等生物物質可以根據(jù)它們特有的分子振動來區(qū)分。這些振動是由中紅外到太赫茲范圍內的光激發(fā)，用傳統(tǒng)的測量技術很難檢測到。來自Fraunhofer IOF的量子研究員Markus Grfe博士說：如果能夠捕捉或誘導這些運動，就有可能確切地看到某些蛋白質、脂質和其他物質是如何在細胞樣本中分布的。例如，某些類型的癌癥具有特定蛋白質濃度或表達。

這將意味著可以更有效地檢測和治療這種疾病，更精確地了解生物物質的分布，也可能帶來藥物研究的重大進展。但是，如何才能使來自這些極端波長范圍的信息變得可見呢？光子糾纏的量子力學效應，正在幫助研究人員利用不同波長的孿生光束。在干涉裝置中，激光束穿過非線性晶體，在晶體中產(chǎn)生兩束糾纏光束。根據(jù)晶體性質的不同，這兩束光束可以有非常不同的波長，但是由于糾纏，它們仍然是相互連接的。

因此，當不可見紅外范圍內的一束光子，被發(fā)送到物體進行照明和相互作用時，它在可見光光譜中的雙子束被相機捕獲。由于糾纏的光粒子攜帶相同信息，即使到達相機的光從未與實際物體相互作用，也會產(chǎn)生圖像?？吹靡姷摹半p胞胎”本質上提供了對看不見雙胞胎正在發(fā)生事情的洞察。同樣的原理也可以用在紫外光譜范圍內：紫外光很容易損傷細胞，所以活的樣品對這種光非常敏感。

這極大地限制了可用于研究例如持續(xù)數(shù)小時或更長時間的細胞過程時間，由于在量子成像過程中較少的光線和較小的輻射劑量穿透組織細胞，因此可以在不破壞它們的情況下，以高分辨率對它們進行更長時間的觀察和分析。研究能夠證明整個復雜的過程可以以一種堅固、微型和便攜的方式進行。研究人員目前正在努力使該系統(tǒng)更加微型，將其縮小到鞋盒大小，并進一步提高其分辨率。

例如，研究人員希望實現(xiàn)的下一步是量子掃描顯微鏡，它將被用來掃描，而不是用廣域相機捕捉圖像，類似于激光掃描顯微鏡。這將產(chǎn)生更高的分辨率，低于1微米，從而能夠更詳細地檢查單個細胞內的結構，希望看到量子成像作為一項基本技術集成到現(xiàn)有顯微鏡系統(tǒng)中，從而降低行業(yè)用戶的門檻。研究匯集了應用光學和精密工程IOF研究所、物理測量技術IPM、微電子電路和系統(tǒng)IMS、工業(yè)數(shù)學ITWM、光電子、系統(tǒng)技術和圖像曝光IOSB以及激光技術ILT的量子光學專業(yè)知識。
（責任編輯：fqj）