物理學家們設計出一種利用未與被拍攝物體相互作用的光線進行成像的方法。
這種成像形式使用成對的光子，它們是“糾纏”的雙胞胎，其中一個的量子態與另一個密不可分地聯絡在一起。當一個光子有可能穿過照片的主體然後消失時，另一個光子會到達探測器，但仍然“知道”其雙胞胎的命運，並可用於構建影像。
維也納奧地利科學院的物理學家安東·塞林格領導了這項工作，他說：“通常，你必須收集來自物體的粒子才能對其成像。現在，這是第一次，你不需要那樣做了。”
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塞林格說，該技術的一個優點是，兩個光子不必具有相同的能量，這意味著接觸物體的光可以與被探測到的光顏色不同。例如，量子成像儀可以透過傳送低能量光子穿過脆弱的生物樣本來探測它們，同時使用可見光範圍的光子和傳統相機來構建影像。這項工作發表在8月28日出版的《自然》雜誌上。
塞林格和他的同事們基於1991年首次提出的一個想法，即光子可以沿兩條路徑傳播。每條路徑都包含一個晶體，可以將粒子變成一對糾纏的光子。但只有一條路徑包含要成像的物體。
奧地利科學院物理學家、最新論文的合著者加布裡埃拉·巴雷託·萊莫斯說，根據量子物理定律，如果沒有人探測到光子走了哪條路徑，粒子實際上同時走了兩條路徑，並且在每條路徑中同時產生一對光子。
在第一條路徑中，光子對中的一個光子穿過要成像的物體，而另一個光子則沒有。穿過物體的光子隨後與其另一個“可能的自我”（它沿著第二條路徑傳播，而不是穿過物體）重新組合，並被丟棄。來自第二條路徑的剩餘光子也與其來自第一條路徑的自身重新結合，並 направляется 向 камеры，在那裡它被用來構建影像，儘管它從未與物體相互作用。
研究人員對一隻幾毫米寬的貓的剪影以及蝕刻在矽片上的其他形狀進行了成像。該團隊使用已知無法被其相機探測到的光波長探測了貓的剪影。“這很重要，這是證明它正在工作，”塞林格說。
選擇貓是為了紀念奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤在1935年提出的一個思想實驗，在這個實驗中，一隻假想的盒子裡的貓既是活的又是死的，只要沒有人知道盒子裡的毒藥是否被釋放。萊莫斯補充說，以類似的方式，在最新的實驗中，只要沒有任何東西表明光子走了哪條路徑，隨後產生的光子對中的一個光子就既穿過又沒有穿過物體。
之前的實驗曾嘗試在稱為鬼成像的過程中做類似的事情。但英國格拉斯哥大學的物理學家瑪麗·傑奎琳·羅梅羅說，最新的方法更簡單。在鬼成像中，即使只有一個光子與物體相互作用，也需要收集兩個光子才能重建影像，而在維也納團隊的工作中，只需要探測到一個光子。由於鬼成像需要兩個光子來產生影像，一些物理學家質疑這種效應是否真的是量子效應，還是可以用經典物理學來解釋——塞林格說，這種論點在這種實驗中很難成立。
紐約羅切斯特大學的物理學家羅伯特·博伊德說，這個實驗非常有趣，他希望自己是第一個想到它的人。“這是科學家能給予的最高讚揚，”他說。
伊麗莎白·吉布尼與量子成像壯舉的主要研究員加布裡埃拉·巴雷託·萊莫斯聊天。圖片來源：《自然》雜誌
本文經許可轉載，最初於2014年8月27日首次發表。