全息技術"或"量子躍遷"或完全改變成像技術
根據最新一期的"自然物理學"雜志,英國格拉斯哥大學的物理學家首次找到了一種利用量子糾纏光子將信息編碼成全息圖的方法。這種新的量子全息技術突破了傳統全息方法的局限性,將允許創造更高分辨率和更低噪音的圖像,有助于更好地揭示細胞細節,并在細胞層面進一步了解生物學的功能。
全息被稱為打印在信用卡和護照上的安全圖像,但它也有許多其他實際應用,包括數據存儲、醫學成像等。經典全息通過將激光束分割成兩條路徑來創建三維物體的二維渲染。一種激光直接投射在感光膜上,稱為參考光束,另一種激光投射到物體上,物體反射或傳輸,并攜帶物體的相關信息,即物體光束。經過處理后,物體光束也投射到感光薄膜的同一區域。
全息圖是通過測量兩束光束在相交處的相位差來產生的。相位是物體光束和參考光束混合的干涉量,它是由光的"相干"屬性實現的。
格拉斯哥團隊的新量子全息技術也使用雙向激光束,但與傳統全息方法不同的是,激光束永遠不會重合。相反,這一過程利用了量子糾纏的獨特特性(愛因斯坦的"遠距離幽靈"效應),它可以收集構建全息地圖所需的相干信息,即使光束永遠分開也是如此。
研究人員首先通過一種特殊的非線性晶體發射藍色激光,這種晶體將光束分成兩個通道,從而產生糾纏光子。這些光子在運動方向和偏振方向上都糾纏在一起。
然后,兩個糾纏的光子流沿著不同的路徑發送。一束光子(相當于經典全息中的物體光束)通過測量穿過目標物體的光子的減速來檢測目標物體的厚度和偏振響應。光的波形在穿過物體時有不同程度的移動,從而改變了光的相位。
同時,另一個相當于參考光束的糾纏光子流擊中了空間光調制器。空間光調制器是一種部分減慢光速通過它們的光學裝置。一旦光子通過調制器,相位就不同于目標物體的糾纏光子流。
在標準全息中,這兩條路徑相互疊加,它們之間的相位干涉程度將被用來在相機上產生全息圖像。在研究團隊的新量子全息技術中,最引人注目的是,當光子通過各自的目標時,光子將不再重疊。相反,由于光子糾纏在一起,每個光子所經歷的相移在同一時間被共享。
干涉發生在遠程端,用一個單獨的百萬像素數碼相機測量糾纏光子位置之間的相關性,就可以得到全息圖。實驗表明,相圖不僅可以從液晶顯示器上編程的字母"UofG"這樣的人造物體上重建,還可以從透明膠帶、硅油滴和顯微鏡幻燈片上的鳥類羽毛等真實物體中重建。