《自然·物理學(xué)》報道，英國格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家首次找到使用量子糾纏光子來(lái)將信息編碼為全息圖的方法。這一突破了傳統全息方法局限性的新型量子全息術(shù)，將允許創(chuàng )建更高分辨率、更低噪聲的圖像，幫助揭示更好的細胞細節，進(jìn)一步了解生物學(xué)在細胞水平上的功能。

　　全息術(shù)作為打印在信用卡和護照上的安全圖像而為人所知，但其還有許多其他實(shí)際應用，包括數據存儲、醫學(xué)成像等。經(jīng)典全息術(shù)通過(guò)將激光束分成兩條路徑來(lái)創(chuàng )建三維物體的二維渲染。一束激光直接投射在感光底片上，稱(chēng)為參考光束；另一束激光投射在物體上，經(jīng)物體反射或者透射，就攜帶有物體的有關(guān)信息，稱(chēng)為物光束。物光束經(jīng)過(guò)處理也投射在感光底片的同一區域上。

　　全息圖是通過(guò)測量?jì)墒庠谙嘟惶幍南辔徊顏?lái)創(chuàng )建的。相位是物光束和參考光束的波混合并相互干擾的量，這一過(guò)程由光的“相干”屬性實(shí)現。

　　格拉斯哥團隊的新量子全息術(shù)同樣使用了分成兩路的激光束，但與經(jīng)典全息術(shù)不同的是，激光束永遠不會(huì )重合。取而代之的是，該過(guò)程利用了量子糾纏的獨特特性（愛(ài)因斯坦的“遠距離幽靈”效應），即使光束被永遠分開(kāi)，它也可以收集構造全息圖所需的相干信息。

　　研究人員首先通過(guò)特殊的非線(xiàn)性晶體發(fā)出藍色激光，該晶體將光束分成兩路，在此過(guò)程中產(chǎn)生糾纏的光子。這些光子在行進(jìn)方向和偏振方向上都糾纏在一起。

　　然后，兩條糾纏的光子流沿著(zhù)不同的路徑發(fā)送。一束光子流（相當于經(jīng)典全息術(shù)中的物光束）用于通過(guò)測量光子通過(guò)時(shí)的減速來(lái)探測目標物體的厚度和偏振響應。光的波形在穿過(guò)物體時(shí)會(huì )發(fā)生不同程度的偏移，從而改變了光的相位。

　　同時(shí)，相當于參考光束的另一束糾纏光子流撞擊一個(gè)空間光調制器。空間光調制器是一種可部分減慢通過(guò)它們的光速的光學(xué)設備。一旦光子通過(guò)了調制器，與探測目標物體的糾纏光子流相比，其相位就有了不同。

　　在標準全息術(shù)中，兩條路徑之后將彼此疊加，并且它們之間的相位干擾程度將用于在相機上生成全息圖。而在研究人員團隊的新型量子全息術(shù)中，最引人注目的是光子穿過(guò)各自的目標后再也不會(huì )相互重疊。相反，因為光子被糾纏，所以每個(gè)光子分別經(jīng)歷的相移會(huì )同時(shí)由兩者共享。

　　干擾現象會(huì )在遠端發(fā)生，全息圖將通過(guò)使用單獨的百萬(wàn)像素數碼相機測量糾纏的光子位置之間的相關(guān)性來(lái)獲得。實(shí)驗顯示，相圖既可從諸如在液晶顯示器上編程的字母“UofG”之類(lèi)的人造物體重構而來(lái)，也可從諸如透明膠帶、顯微鏡載玻片上的硅油滴和鳥(niǎo)羽之類(lèi)的真實(shí)物體中重構而來(lái)。

　　研究人員表示，新研究擺脫了經(jīng)典相干的局限，將全息術(shù)帶入了量子領(lǐng)域。使用糾纏光子提供了創(chuàng )建更清晰、更豐富的全息圖的新方法，這為該技術(shù)的實(shí)際應用開(kāi)辟了新的可能性。