作者:Annika hft，Fraunhofer-Gesellschaft 用于癌细胞显微检查的量子成像装置
信用:Fraunhofer IOF 纠缠光子可用于改进成像和测量技术
耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所的一组研究人员开发了一种量子成像解决方案，该解决方案可以利用极端光谱范围和较少的光线来促进对组织样本的高度详细的观察
虽然显微术和光谱学等光学分析技术在可见光波长范围内非常有效，但它们在红外或太赫兹范围内会很快达到极限
然而，这恰恰是隐藏有价值信息的地方
例如，生物物质如蛋白质、脂类和其他生物化学成分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至太赫兹范围内的光激发的，用传统的测量技术很难检测到
“如果这些运动能够被捕捉或诱导，就有可能确切地看到某些蛋白质、脂类和其他物质是如何分布在细胞样本中的
例如，某些类型的癌症具有特定蛋白质的特征浓度或表达
这意味着这种疾病可以被更有效地检测和治疗
对生物物质分布的更精确的了解也能给药物研究带来重大进展
弗劳恩霍夫国际组织的Markus grfe
纠缠光子——双胞胎却不同 但是如何让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有助于研究人员利用不同波长的双光束
在干涉测量装置中，激光束通过非线性晶体，在晶体中产生两束纠缠光束
根据晶体的性质，这两种光束可以有非常不同的波长，但是由于它们的纠缠，它们仍然相互连接
“所以现在，当一束不可见红外范围内的光子束被发送到物体进行照明和相互作用时，它在可见光谱中的双光束被照相机捕获
“由于纠缠在一起的光粒子携带着相同的信息，所以即使到达摄像机的光从未与实际物体发生过相互作用，也会产生一个图像，”格拉夫解释道
可见的孪生子本质上提供了对不可见的孪生子正在发生什么的洞察
同样的原理也可以用于紫外光谱范围:紫外光很容易损伤细胞，因此活体样本对该光极其敏感
这极大地限制了可用于研究的时间，例如，持续数小时或更长时间的细胞过程
由于在量子成像过程中，穿透组织细胞的光线越来越少，辐射剂量越来越小，因此可以长时间以高分辨率观察和分析它们，而不会破坏它们
小组件和微小结构 “我们能够证明，整个复杂的过程可以以一种健壮、紧凑和便携的方式进行，”格拉夫说
研究人员目前正在努力使该系统更加紧凑，缩小到鞋盒大小，并进一步提高其分辨率
例如，他们希望实现的下一步是量子扫描显微镜
与激光扫描显微镜类似，它将被扫描，而不是用宽视场照相机捕捉图像
研究人员预计这将产生不到1微米(1米)的更高分辨率，使得对单个细胞内结构的检查更加详细
平均来说，一个细胞的大小约为10微米
从长远来看，他们希望将量子成像作为一项基本技术整合到现有的显微系统中，从而降低行业用户的壁垒
该演示器是弗劳恩霍夫灯塔项目“被子”的成果之一，该项目汇集了弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所、物理测量技术研究所、微电子电路和系统国际监测系统研究所、ITWM工业数学研究所、IOSB光电、系统技术和图像开发研究所以及ILT激光技术研究所的量子光学专业知识
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