雙光子量子顯微鏡問世　見證幽靈般的雙光子分裂

編譯／高晟鈞

加州理工學院的研究人員利用量子糾纏的原理，將光學顯微鏡的解析度提高了整整一倍之多，從而在不損壞活細胞標本的情況下，實現更高解析度的成像。

這項新的技術被發表在了Nature Communications雜誌上，由布倫醫學電氣工程教授Lihong Wang與其領銜的團隊所開發。

量子糾纏，是指兩個粒子相互有所聯繫，使得其中之一的狀態會影響另一者，並且這種影響可以突破空間與物理上的限制；愛因斯坦用「如同幽靈一般的超距作用」來形容這種現象，因為他幾乎推翻了相對論。

在量子領域當中，所有的粒子都是一種波，波的波長與粒子的動量成反比，動量越大，粒子波長則越短。因此雙光子的動量，是單光子的兩倍，換句話來說，它的波長也縮短了一倍之多。

這項原理，是實現巧合量子顯微鏡（QMC）的關鍵。由於顯微鏡只能對最小尺寸為顯微鏡光波長一半的物體進行成像，減少光的波長，意謂著可以對更小的物體進行觀察，從而提高解析度。

有些人會好奇，既然如此，何不使用光波長更短的紫光來進行成像呢？那是因為，根據量子物理學，波長較短的光攜帶著更高的能量，一旦選擇較短波長的光，光子所攜帶的高能量會破壞被成像的物體。你可以想像，當你曝露在太陽底下太久，紫外線也會使得你曬傷，這道理是相同的。

QMC這種光學設備，是透過將光束照射到一種特殊晶體中，並且將光子轉換成雙光子（儘管轉換率只有大概百萬分之一）。這些成對光子，實際上由兩個離散的光子組成，並沿著兩條路徑穿梭，其中一個會通過被成像的物體（信號光子），另一者則不會（閒散光子）。最終這些光子會通過許多光學零件，最終到達連接計算機的檢測器，並藉由光子攜帶的信息，構建細胞圖像。

資料來源:SciTechDaily

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