雨果·迪菲恩《对话》 信用:Inna Bigun/Shutterstock 曾经，全息图只是一种科学好奇心
但由于激光的快速发展，它们已经逐渐成为舞台的中心，出现在信用卡和钞票的安全图像上，出现在科幻电影中——最令人难忘的是《星球大战》——甚至在舞台上“直播”，当早已死去的说唱歌手图帕克在2012年科切拉音乐节上为粉丝转世时
全息摄影是记录被物体散射的光，并以三维方式呈现它的摄影过程
匈牙利-英国物理学家丹尼斯·加博尔在20世纪50年代早期发明了这一发现，后来他在1971年获得了诺贝尔物理学奖
除了钞票、护照和有争议的说唱歌手，全息摄影已经成为其他实际应用的重要工具，包括数据存储、生物显微镜、医学成像和医学诊断
在一种叫做全息显微术的技术中，科学家制作全息图来破译组织和活细胞中的生物机制
例如，这项技术通常用于分析红细胞，以检测疟疾寄生虫的存在，并为体外受精过程识别精子细胞
但是现在我们已经发现了一种新的量子全息术来克服传统全息术的局限性
这一突破性的发现可能会改善医学成像，加速量子信息科学的发展
这是一个涵盖所有基于量子物理技术的科学领域，包括量子通信和量子通信
全息图是如何工作的 经典全息术用分成两条路径的激光束创建三维物体的二维效果图
一束光束的路径，被称为物光束，用照相机或特殊全息胶片收集的反射光照亮全息摄影的物体
第二束光束的路径被称为参考光束，从反射镜直接反射到收集表面上，而不接触对象
全息图是通过测量两束光相遇时的相位差而产生的
相位是主体光束和客体光束的波相互混合和干涉的量
这种干涉现象有点像游泳池表面的波浪，它在空间中形成了一种复杂的波浪模式，既包含波浪相互抵消的区域(波谷)，也包含波浪叠加的区域(波峰)
干涉通常要求光“相干”——在任何地方都有相同的频率
例如，激光发出的光是相干的，这就是为什么这种类型的光被用于大多数全息系统
纠缠全息术 所以光学相干性对任何全息过程都至关重要
但是我们的新研究通过利用称为光子的光粒子之间的“量子纠缠”来回避全息术中对相干性的需求
传统全息术基本上依赖于光学相干性，因为首先，光必须干涉才能产生全息图，其次，光必须相干才能干涉
然而，第二部分并不完全正确，因为某些类型的光既可能是不相干的，又可能产生干涉
这就是由纠缠光子组成的光的情况，由量子源以成对粒子流的形式发射——纠缠光子
这些对携带着一种叫做量子纠缠的独特性质
当两个粒子纠缠在一起时，它们在本质上是相连的，并有效地作为一个单一的物体，即使它们在空间上可能是分离的
因此，对一个纠缠粒子进行的任何测量都会影响整个纠缠系统
在我们的研究中，每对光子中的两个光子被分开并向两个不同的方向发送
一个光子被发送到一个物体，例如，一个载有生物样本的显微镜载玻片
当光子击中物体时，它会稍微偏离或减慢一点，这取决于它穿过的样品材料的厚度
但是，作为一个量子物体，光子具有惊人的特性，不仅表现为粒子，同时也表现为波
如何利用纠缠光子制作全息图
学分:格拉斯哥大学，作者提供 这种波粒二象性使它不仅能够在物体撞击的精确位置探测物体的厚度(就像一个较大的粒子一样)，而且能够一次测量其整个长度的厚度
样本的厚度——以及它的三维结构——被“印”在光子上
因为光子纠缠在一起，印在一个光子上的投影同时被两个光子共享
干涉现象随后远程发生，不需要重叠光束，通过使用单独的照相机检测两个光子并测量它们之间的相关性，最终获得全息图
这种量子全息方法最令人印象深刻的方面是，即使光子从不相互作用，并且可以相隔任何距离(这一方面被称为“非局域性”)，干涉现象也会发生，这是由光子之间的量子纠缠实现的
所以我们测量的物体和最终的测量可以在地球的两端进行
除了这一基本兴趣，在全息系统中使用纠缠代替光学相干提供了实际优势，例如更好的稳定性和抗噪声能力
这是因为量子纠缠是一种固有的难以接近和控制的性质，因此具有对外部偏差不太敏感的优点
这些优势意味着我们可以产生比目前显微镜技术获得的生物图像质量更好的图像
很快，这种量子全息方法就可以用来解开细胞内部的生物结构和机制，这是以前从未观察到的
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