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用纠缠光子,是否可以实现量子成像技术了?

纠缠光子也可以用来改进成像和测量技术,弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所的科学家,开发了一种量子成像解决方案,可以利用极端的光谱范围和较少的光,促进对组织样本的高度详细观察。

纠缠光子也可以用来改进成像和测量技术,弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所的科学家,开发了一种量子成像解决方案,可以利用极端的光谱范围和较少的光,促进对组织样本的高度详细观察。虽然光学分析技术(如显微镜和光谱学)在可见光波长范围内非常有效,但在红外或太赫兹范围内很快就达到了极限,然而,这正是有价值的信息隐藏的地方。

用纠缠光子,是否可以实现量子成像技术了?

例如,蛋白质、脂质和其他生化成分等生物物质可以根据它们特有的分子振动来区分。这些振动是由中红外到太赫兹范围内的光激发,用传统的测量技术很难检测到。来自Fraunhofer IOF的量子研究员Markus Gr?fe博士说:如果能够捕捉或诱导这些运动,就有可能确切地看到某些蛋白质、脂质和其他物质是如何在细胞样本中分布的。例如,某些类型的癌症具有特定蛋白质浓度或表达。

纠缠光子-量子成像

这将意味着可以更有效地检测和治疗这种疾病,更精确地了解生物物质的分布,也可能带来药物研究的重大进展。但是,如何才能使来自这些极端波长范围的信息变得可见呢?光子纠缠的量子力学效应,正在帮助研究人员利用不同波长的孪生光束。在干涉装置中,激光束穿过非线性晶体,在晶体中产生两束纠缠光束。根据晶体性质的不同,这两束光束可以有非常不同的波长,但是由于纠缠,它们仍然是相互连接的。

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因此,当不可见红外范围内的一束光子,被发送到物体进行照明和相互作用时,它在可见光光谱中的双子束被相机捕获。由于纠缠的光粒子携带相同信息,即使到达相机的光从未与实际物体相互作用,也会产生图像。看得见的“双胞胎”本质上提供了对看不见双胞胎正在发生事情的洞察。同样的原理也可以用在紫外光谱范围内:紫外光很容易损伤细胞,所以活的样品对这种光非常敏感。

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这极大地限制了可用于研究例如持续数小时或更长时间的细胞过程时间,由于在量子成像过程中较少的光线和较小的辐射剂量穿透组织细胞,因此可以在不破坏它们的情况下,以高分辨率对它们进行更长时间的观察和分析。研究能够证明整个复杂的过程可以以一种坚固、微型和便携的方式进行。研究人员目前正在努力使该系统更加微型,将其缩小到鞋盒大小,并进一步提高其分辨率。

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例如,研究人员希望实现的下一步是量子扫描显微镜,它将被用来扫描,而不是用广域相机捕捉图像,类似于激光扫描显微镜。这将产生更高的分辨率,低于1微米,从而能够更详细地检查单个细胞内的结构,希望看到量子成像作为一项基本技术集成到现有显微镜系统中,从而降低行业用户的门槛。研究汇集了应用光学和精密工程IOF研究所、物理测量技术IPM、微电子电路和系统IMS、工业数学ITWM、光电子、系统技术和图像曝光IOSB以及激光技术ILT的量子光学专业知识。

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