量子糾纏生成全息圖：物體無需發(fā)光，卻可成像！

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??新智元報(bào)道??

編輯：時(shí)光

【新智元導(dǎo)讀】

這是一個(gè)新奇而驚人的發(fā)現(xiàn)！或可引發(fā)一場新醫(yī)學(xué)革命，最近，量子力學(xué)可以幫助生成全息圖，科學(xué)家無需捕捉物體發(fā)出的任何光。

一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，量子力學(xué)可以幫助生成全息圖，科學(xué)家無需捕捉物體發(fā)出的任何光。

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這是一個(gè)新奇而驚人的發(fā)現(xiàn)，目前已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

此前，全息術(shù)被稱為一場「醫(yī)學(xué)革命」，如今，量子全息術(shù)或可引發(fā)一場「新醫(yī)學(xué)革命」。

無需「看到」對象

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全息圖是這樣一種圖像——就像一個(gè)2D窗口，看著一個(gè)3D場景。

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傳統(tǒng)的全息術(shù)是用激光束掃描物體，并將其數(shù)據(jù)編碼到記錄介質(zhì)，如膠片或底片上，從而產(chǎn)生全息圖。

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張藝謀電影《一秒鐘》，致敬膠片時(shí)代

全息術(shù)被稱為「一場醫(yī)學(xué)革命」，在骨科和神經(jīng)學(xué)科都有重要應(yīng)用，它可以幫助顯示圖像，還可重建3D圖形。

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一直以來，全息圖使用的光傳感器在可見波下工作得最好，「使用中紅外光會(huì)使全息術(shù)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用受益。」德國應(yīng)用光學(xué)與精密工程研究所Markus Gr?fe說。

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現(xiàn)在，在量子物理學(xué)的幫助下，Gr?fe和他的同事們發(fā)現(xiàn)了一種新方法，無需檢測它們發(fā)出的任何光，就可以創(chuàng)建物體的全息圖。

「照亮這個(gè)物體的光永遠(yuǎn)不會(huì)被探測到」Gr?fe說，「被探測到的光也從不與物體相互作用」。

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「量子糾纏」幫助重建全息圖

量子物理學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵特征是——「疊加」，物體以一種「疊加」的流動(dòng)狀態(tài)存在，這意味著它們本質(zhì)上可以同時(shí)位于兩個(gè)或多個(gè)地方。

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量子物理學(xué)的一個(gè)結(jié)果是——「糾纏」，多個(gè)粒子連接在一起，無論它們相距多遠(yuǎn)，都能立即相互影響。

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那么，如果用一束光照射「非線性晶體」，這種晶體可以將每個(gè)光子分裂成2個(gè)，一個(gè)能量較低，另一個(gè)波長較長。

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在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用一個(gè)非線性晶體，將一束紫色激光束分成2束，其中，一束是遠(yuǎn)紅外，另一束是近紅外。

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接下來，他們用遠(yuǎn)紅外光束照射一個(gè)樣本——一塊刻有符號(hào)的玻璃板——而他們用攝像機(jī)記錄近紅外光。

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在「糾纏」的幫助下，研究人員可以使用近紅外光的數(shù)據(jù)，并根據(jù)遠(yuǎn)紅外光束掃描物體的細(xì)節(jié)，重建全息圖。

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傳統(tǒng)的全息術(shù)基本上依賴于光學(xué)相干。首先，光必須干涉才能產(chǎn)生全息圖，其次，光必須相干才能干涉。

然而，第二部分并不完全正確，因?yàn)槟承╊愋偷墓饪赡芗炔幌喔捎之a(chǎn)生干涉。?

糾纏光子，由量子源以粒子對組合的形式發(fā)出，當(dāng)兩個(gè)粒子糾纏在一起時(shí)，它們內(nèi)在地連接在一起，即使它們可能在空間中分開，卻能有效地作為一個(gè)物體。

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從全息攝影、全息顯微到量子全息

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01 全息攝影

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上世紀(jì)50年代初，匈牙利裔英國物理學(xué)家Dennis Gabor（丹尼斯·嘉伯）發(fā)明了全息攝影，并因此獲得1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

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全息攝影是一種攝影過程，它記錄被物體散射的光，并以三維的方式呈現(xiàn)出來。

全息攝影記錄了被攝物體反射波的振幅和位相等全部信息。

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02 全息顯微

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全息顯微是一種通過改變再現(xiàn)光的波長和波前曲率，使全息照片所成的像比原物大，得到放大率高達(dá)100倍左右的像。

在全息顯微技術(shù)中，科學(xué)家通過全息圖來破譯組織和活細(xì)胞中的生物機(jī)制。

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后來，這項(xiàng)技術(shù)通常被用于分析紅細(xì)胞，以檢測瘧疾寄生蟲的存在，以及為試管受精過程鑒定精子細(xì)胞。

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03 量子全息

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量子全息圖可以制作出和我們身體、細(xì)胞極其詳細(xì)的圖像。

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量子全息技術(shù)呈現(xiàn)了目前全息攝影所沒有的特點(diǎn)，提高其精度、速度和范圍。

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通過實(shí)現(xiàn)多個(gè)全息圖的同時(shí)測量，這在以前是不可能的。

「利用光的量子特性，用不同的光進(jìn)行照明和探測，就有可能實(shí)現(xiàn)成像和全息術(shù)。」Gr?fe說。

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Gr?fe說:「我們甚至可以生成視頻圖像。」

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參考資料：

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