新突破：用糾纏光子，實現(xiàn)量子成像技術(shù)，看不見的也看得見了！

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糾纏光子也可以用來改進(jìn)成像和測量技術(shù)，弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)和精密工程研究所的科學(xué)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(jìn)對組織樣本的高度詳細(xì)觀察。雖然光學(xué)分析技術(shù)（如顯微鏡和光譜學(xué)）在可見光波長范圍內(nèi)非常有效，但在紅外或太赫茲范圍內(nèi)很快就達(dá)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(zhì)、脂質(zhì)和其他生化成分等生物物質(zhì)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(nèi)的光激發(fā)，用傳統(tǒng)的測量技術(shù)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(dǎo)這些運(yùn)動，就有可能確切地看到某些蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和其他物質(zhì)是如何在細(xì)胞樣本中分布的。例如，某些類型的癌癥具有特定蛋白質(zhì)濃度或表達(dá)。

糾纏光子-量子成像

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(zhì)的分布，也可能帶來藥物研究的重大進(jìn)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(xué)效應(yīng)，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(zhì)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?nèi)匀皇窍嗷ミB接的。

因此，當(dāng)不可見紅外范圍內(nèi)的一束光子，被發(fā)送到物體進(jìn)行照明和相互作用時，它在可見光光譜中的雙子束被相機(jī)捕獲。由于糾纏的光粒子攜帶相同信息，即使到達(dá)相機(jī)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(zhì)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(nèi)：紫外光很容易損傷細(xì)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(xì)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(xì)胞，因此可以在不破壞它們的情況下，以高分辨率對它們進(jìn)行更長時間的觀察和分析。研究能夠證明整個復(fù)雜的過程可以以一種堅固、微型和便攜的方式進(jìn)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(jìn)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(jī)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(xì)地檢查單個細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)，希望看到量子成像作為一項基本技術(shù)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(yīng)用光學(xué)和精密工程IOF研究所、物理測量技術(shù)IPM、微電子電路和系統(tǒng)IMS、工業(yè)數(shù)學(xué)ITWM、光電子、系統(tǒng)技術(shù)和圖像曝光IOSB以及激光技術(shù)ILT的量子光學(xué)專業(yè)知識。

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