光学显微镜使用奇怪的量子技巧比以往任何时候都小：

由于巧妙地利用了量子物理学中的一种常见现象，光学显微镜的分辨率得到了巨大的提升。

通过将纠缠光沿着不同的路径发送并重新组合它们的波，可以观察到比以往任何时候都更近地观察精细物体，有效地将它们的分辨率提高一倍，而不会像通常那样显着增加光的能量。

它被称为巧合量子显微镜 (QMC)，由加州研究所的研究人员开发美国的技术（加州理工学院），他们说它特别适合检查组织和生物分子以发现疾病或研究其传播。

量子显微装置图。（加州理工学院）

“改进速度的组合，增强的对比度噪声比、更强大的杂散光抗性、超分辨率和低强度照明使 QMC 能够实现生物成像，”研究人员在他们最近发表的论文中写道。

量子纠缠描述了存在的相关性在被观察之前，具有共同历史的对象之间存在关联。就像在商店购买的两只鞋相互关联以适合右脚和左脚一样，粒子也可以通过多种方式在数学上相互关联。

只有在量子系统中，鞋子和电子之类的东西在被观察到之前不会真正落在任何这些状态上。它们只是概率，最好描述为一波可能。

在QMC，涉及的粒子是光子或光粒子，一旦它们纠缠在一起就被称为双光子d 成对。

这是通过一种由 β-硼酸钡 (BBO) 制成的特殊晶体完成的。当激光穿过晶体时，极小部分的光子——大约只有百万分之一——被转化为双光子。然后，研究人员能够通过反射镜、透镜和棱镜网络再次分离双光子。

显微镜分辨率的改进。 （加州理工学院）

一个光子通过被研究的材料发送，而另一个光子被分析。由于纠缠，任一光子中测得的相关性也会说明 t他的伙伴之旅。它是另一种相当新颖的技术的基础，称为幽灵成像。

然而，这种纠缠的双重作用还有另一个秘密。双光子的动量是光子的两倍，这也意味着它们的波长减半。反过来，光波长的一半意味着光学显微镜的分辨率更高。

通常，波长较短的光也携带更多的能量，这在某一点上可能会损坏正在研究的细胞。想想无害的长无线电波与更强大的短紫外线 (UV) 之间的区别，后者会破坏 DNA 并导致晒伤。

在这种情况下，纠缠过程有效地减半了波长，它不会增加单个光子的能量。

“细胞不喜欢紫外线，”来自加州理工学院 (Caltech) 的医学工程师 Lihong Wang 说。 “但如果我们可以使用 400 纳米光对细胞成像并实现200 nm 光（即紫外线）的影响，细胞会很高兴，我们正在获得紫外线的分辨率。”

该系统也有改进的空间，包括加快成像速度和能够将更多的光子纠缠在一起，从而进一步提高分辨率。但是，添加更多的光子意味着获得纠缠的可能性（已经是百万分之一）会进一步降低。

因为纠缠很容易由于与环境的相互作用而受到干扰，增加系统中的光子数量会增加单个光子与环境而不是彼此相互作用的可能性。

虽然之前已经尝试过双光子成像，但背后的研究人员新设置在整个过程中进行了多项改进，并在实践中对其进行了测试——使其成为同类技术中最有前途的技术之一。

“我们开发了我们认为是严格的理论以及更快更准确的纠缠t 测量方法，”Wang 说。“我们达到了显微分辨率并对细胞成像。”

该研究已发表在 Nature Communications 上。