全息技术"或"量子跃迁"或完全改变成像技术

2021-02-22 09:52   来源: 互联网    阅读次数:3745

根据最新一期的"自然物理学"杂志,英国格拉斯哥大学的物理学家首次找到了一种利用量子纠缠光子将信息编码成全息图的方法。这种新的量子全息技术突破了传统全息方法的局限性,将允许创造更高分辨率和更低噪音的图像,有助于更好地揭示细胞细节,并在细胞层面进一步了解生物学的功能。


全息被称为打印在信用卡和护照上的安全图像,但它也有许多其他实际应用,包括数据存储、医学成像等。经典全息通过将激光束分割成两条路径来创建三维物体的二维渲染。一种激光直接投射在感光膜上,称为参考光束,另一种激光投射到物体上,物体反射或传输,并携带物体的相关信息,即物体光束。经过处理后,物体光束也投射到感光薄膜的同一区域。


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全息图是通过测量两束光束在相交处的相位差来产生的。相位是物体光束和参考光束混合的干涉量,它是由光的"相干"属性实现的。


格拉斯哥团队的新量子全息技术也使用双向激光束,但与传统全息方法不同的是,激光束永远不会重合。相反,这一过程利用了量子纠缠的独特特性(爱因斯坦的"远距离幽灵"效应),它可以收集构建全息地图所需的相干信息,即使光束永远分开也是如此。


研究人员首先通过一种特殊的非线性晶体发射蓝色激光,这种晶体将光束分成两个通道,从而产生纠缠光子。这些光子在运动方向和偏振方向上都纠缠在一起。


然后,两个纠缠的光子流沿着不同的路径发送。一束光子(相当于经典全息中的物体光束)通过测量穿过目标物体的光子的减速来检测目标物体的厚度和偏振响应。光的波形在穿过物体时有不同程度的移动,从而改变了光的相位。


同时,另一个相当于参考光束的纠缠光子流击中了空间光调制器。空间光调制器是一种部分减慢光速通过它们的光学装置。一旦光子通过调制器,相位就不同于目标物体的纠缠光子流。


在标准全息中,这两条路径相互叠加,它们之间的相位干涉程度将被用来在相机上产生全息图像。在研究团队的新量子全息技术中,最引人注目的是,当光子通过各自的目标时,光子将不再重叠。相反,由于光子纠缠在一起,每个光子所经历的相移在同一时间被共享。


干涉发生在远程端,用一个单独的百万像素数码相机测量纠缠光子位置之间的相关性,就可以得到全息图。实验表明,相图不仅可以从液晶显示器上编程的字母"UofG"这样的人造物体上重建,还可以从透明胶带、硅油滴和显微镜幻灯片上的鸟类羽毛等真实物体中重建。

责任编辑:无量渡口
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