量子纠缠生成全息图：物体无需发光，却可成像！

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  新智元报道  

编辑：时光

【新智元导读】

这是一个新奇而惊人的发现！或可引发一场新医学革命，最近，量子力学可以帮助生成全息图，科学家无需捕捉物体发出的任何光。

一项新的研究发现，量子力学可以帮助生成全息图，科学家无需捕捉物体发出的任何光。

 

这是一个新奇而惊人的发现，目前已经在生物医学领域得到了应用。

此前，全息术被称为一场「医学革命」，如今，量子全息术或可引发一场「新医学革命」。

无需「看到」对象

 

全息图是这样一种图像——就像一个2D窗口，看着一个3D场景。

 

传统的全息术是用激光束扫描物体，并将其数据编码到记录介质，如胶片或底片上，从而产生全息图。

 

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全息术被称为「一场医学革命」，在骨科和神经学科都有重要应用，它可以帮助显示图像，还可重建3D图形。

 

一直以来，全息图使用的光传感器在可见波下工作得最好，「使用中红外光会使全息术的生物医学应用受益。」德国应用光学与精密工程研究所Markus Gräfe说。

 

现在，在量子物理学的帮助下，Gräfe和他的同事们发现了一种新方法，无需检测它们发出的任何光，就可以创建物体的全息图。

「照亮这个物体的光永远不会被探测到」Gräfe说，「被探测到的光也从不与物体相互作用」。

 

「量子纠缠」帮助重建全息图

量子物理学的一个关键特征是——「叠加」，物体以一种「叠加」的流动状态存在，这意味着它们本质上可以同时位于两个或多个地方。

 

量子物理学的一个结果是——「纠缠」，多个粒子连接在一起，无论它们相距多远，都能立即相互影响。

 

那么，如果用一束光照射「非线性晶体」，这种晶体可以将每个光子分裂成2个，一个能量较低，另一个波长较长。

 

在这项新研究中，研究人员使用一个非线性晶体，将一束紫色激光束分成2束，其中，一束是远红外，另一束是近红外。

 

接下来，他们用远红外光束照射一个样本——一块刻有符号的玻璃板——而他们用摄像机记录近红外光。

 

在「纠缠」的帮助下，研究人员可以使用近红外光的数据，并根据远红外光束扫描物体的细节，重建全息图。

 

传统的全息术基本上依赖于光学相干。首先，光必须干涉才能产生全息图，其次，光必须相干才能干涉。

然而，第二部分并不完全正确，因为某些类型的光可能既不相干又产生干涉。 

纠缠光子，由量子源以粒子对组合的形式发出，当两个粒子纠缠在一起时，它们内在地连接在一起，即使它们可能在空间中分开，却能有效地作为一个物体。

 

从全息摄影、全息显微到量子全息

 

01 全息摄影

 

上世纪50年代初，匈牙利裔英国物理学家Dennis Gabor（丹尼斯·嘉伯）发明了全息摄影，并因此获得1971年诺贝尔物理学奖。

 

 

全息摄影是一种摄影过程，它记录被物体散射的光，并以三维的方式呈现出来。

全息摄影记录了被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息。

 

02 全息显微

 

全息显微是一种通过改变再现光的波长和波前曲率，使全息照片所成的像比原物大，得到放大率高达100倍左右的像。

在全息显微技术中，科学家通过全息图来破译组织和活细胞中的生物机制。

 

后来，这项技术通常被用于分析红细胞，以检测疟疾寄生虫的存在，以及为试管受精过程鉴定精子细胞。

 

03 量子全息

 

量子全息图可以制作出和我们身体、细胞极其详细的图像。

 

量子全息技术呈现了目前全息摄影所没有的特点，提高其精度、速度和范围。

 

通过实现多个全息图的同时测量，这在以前是不可能的。

「利用光的量子特性，用不同的光进行照明和探测，就有可能实现成像和全息术。」Gräfe说。

 

Gräfe说:「我们甚至可以生成视频图像。」

 

参考资料：

https://spectrum.ieee.org/quantum-holography-using-undetected-light

https://www.sciencealert.com/quantum-holograms-could-make-ridiculously-detailed-images-of-our-bodies-and-cells

https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/14222593/holography-goes-hyperspectral