物理学家们设计出一种利用未与被拍摄物体相互作用的光线进行成像的方法。
这种成像形式使用成对的光子，它们是“纠缠”的双胞胎，其中一个的量子态与另一个密不可分地联系在一起。当一个光子有可能穿过照片的主体然后消失时，另一个光子会到达探测器，但仍然“知道”其双胞胎的命运，并可用于构建图像。
维也纳奥地利科学院的物理学家安东·塞林格领导了这项工作，他说：“通常，你必须收集来自物体的粒子才能对其成像。现在，这是第一次，你不需要那样做了。”
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塞林格说，该技术的一个优点是，两个光子不必具有相同的能量，这意味着接触物体的光可以与被探测到的光颜色不同。例如，量子成像仪可以通过发送低能量光子穿过脆弱的生物样本来探测它们，同时使用可见光范围的光子和传统相机来构建图像。这项工作发表在8月28日出版的《自然》杂志上。
塞林格和他的同事们基于1991年首次提出的一个想法，即光子可以沿两条路径传播。每条路径都包含一个晶体，可以将粒子变成一对纠缠的光子。但只有一条路径包含要成像的物体。
奥地利科学院物理学家、最新论文的合著者加布里埃拉·巴雷托·莱莫斯说，根据量子物理定律，如果没有人探测到光子走了哪条路径，粒子实际上同时走了两条路径，并且在每条路径中同时产生一对光子。
在第一条路径中，光子对中的一个光子穿过要成像的物体，而另一个光子则没有。穿过物体的光子随后与其另一个“可能的自我”（它沿着第二条路径传播，而不是穿过物体）重新组合，并被丢弃。来自第二条路径的剩余光子也与其来自第一条路径的自身重新结合，并 направляется 向 камеры，在那里它被用来构建图像，尽管它从未与物体相互作用。
研究人员对一只几毫米宽的猫的剪影以及蚀刻在硅片上的其他形状进行了成像。该团队使用已知无法被其相机探测到的光波长探测了猫的剪影。“这很重要，这是证明它正在工作，”塞林格说。
选择猫是为了纪念奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年提出的一个思想实验，在这个实验中，一只假想的盒子里的猫既是活的又是死的，只要没有人知道盒子里的毒药是否被释放。莱莫斯补充说，以类似的方式，在最新的实验中，只要没有任何东西表明光子走了哪条路径，随后产生的光子对中的一个光子就既穿过又没有穿过物体。
之前的实验曾尝试在称为鬼成像的过程中做类似的事情。但英国格拉斯哥大学的物理学家玛丽·杰奎琳·罗梅罗说，最新的方法更简单。在鬼成像中，即使只有一个光子与物体相互作用，也需要收集两个光子才能重建图像，而在维也纳团队的工作中，只需要探测到一个光子。由于鬼成像需要两个光子来产生图像，一些物理学家质疑这种效应是否真的是量子效应，还是可以用经典物理学来解释——塞林格说，这种论点在这种实验中很难成立。
纽约罗切斯特大学的物理学家罗伯特·博伊德说，这个实验非常有趣，他希望自己是第一个想到它的人。“这是科学家能给予的最高赞扬，”他说。
伊丽莎白·吉布尼与量子成像壮举的主要研究员加布里埃拉·巴雷托·莱莫斯聊天。图片来源：《自然》杂志
本文经许可转载，最初于2014年8月27日首次发表。