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量子纠缠生成全息图:物体不发光也能成像!

时间:2023-03-22 00:13:31 科技观察

量子力学可以帮助创建全息图,而科学家无需从物体捕捉任何光线,一项新的研究发现。这是一项新颖而惊人的发现,现已应用于生物医学领域。此前,全息术被称为“医学革命”,而现在,量子全息术或将引发一场“新医学革命”。无需“看到”对象。全息图就是这样的图像-就像看着3D场景的2D窗口。传统的全息术通过用激光束扫描物体并将其数据编码到记录介质(例如胶片或负片)上来创建全息图。张艺谋的电影《一秒钟》向电影时代致敬。全息术被称为“一场医学革命”。它在骨科和神经病学中有重要的应用。它可以帮助显示图像和重建3D图形。从历史上看,全息图中使用的光传感器在可见波中效果最好,“使用中红外光将有利于全息术的生物医学应用,”德国应用光学和精密工程研究所的MarkusGr?fe说。现在,在量子物理学的帮助下,Gr?fe和他的同事们发现了一种新方法,可以在不检测物体发出的任何光的情况下创建物体的全息图。“从未检测到照亮物体的光,”Gr?fe说,“而且检测到的光也从不与物体相互作用。”“量子纠缠”有助于重建全息图量子物理学的一个关键特征——“叠加”,其中物体以“叠加”的流体状态存在,这意味着它们基本上可以同时出现在两个或多个地方。量子物理学的一个结果是“纠缠”,其中多个粒子连接在一起,无论它们相距多远,都可以立即相互影响。因此,如果您将一束光照射在“非线性晶体”上,该晶体可以将每个光子分成两个,一个具有较低的能量,一个具有较长的波长。在这项新研究中,研究人员使用非线性晶体将紫色激光束分成两束,一束在远红外线,另一束在近红外线。接下来,他们将一束远红外光照射在一个样品上——一块刻有符号的玻璃板——同时他们用摄像机记录下近红外光。在“纠缠”的帮助下,研究人员可以使用来自近红外光的数据,并根据远红外光束扫描的物体细节重建全息图。传统的全息术基本上依赖于光学相干性。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会发生干涉。纠缠光子,由量子源作为粒子对的组合发射,当两个粒子纠缠时,它们本质上是联系在一起的,即使它们在空间中可能是分开的,也能有效地充当一个物体。从全息术、全息显微镜到量子全息术01全息术50年代初,匈牙利裔英国物理学家丹尼斯·加博尔(DennisGabor)发明了全息术,并因此获得1971年诺贝尔物理学奖。全息摄影是一种记录物体散射的光并以三个维度呈现的摄影过程。全息术记录了被摄体反射波的振幅、相位等所有信息。02全息显微镜全息显微镜是一种通过改变再现光的波长和波前曲率而形成的全息图像,使全息图形成的图像比原物大,获得放大倍数约为100倍的图像。在全息显微镜中,科学家使用全息图来破译组织和活细胞中的生物机制。后来,该技术被常规用于分析红细胞以检测疟疾寄生虫的存在并为IVF过程识别精子细胞。03量子全息图量子全息图可以生成我们身体和细胞极其详细的图像。量子全息术呈现了全息术目前不具备的特征,提高了其准确性、速度和范围。这在以前通过同时测量多个全息图是不可能的。“利用光的量子特性用不同的光进行照明和检测,成像和全息术是可能的,”Gr?fe说。“我们甚至可以生成视频图像,”Gr?fe说。