利用偏振来改善量子成像

量子成像是一个不断发展的领域，它利用光粒子或光子在特殊情况下连接或纠缠的反直觉和“怪异”能力。无论这两个光子相距多远，如果纠缠的两个光子中的一个光子的状态被调整，另一个也会被调整。

去年五月，加州理工学院的研究人员展示了这种纠缠如何使经典光学显微镜的分辨率加倍，同时还能防止成像系统的光损坏脆弱的生物样本。现在，同一个团队改进了这项技术，使量子成像整个器官切片甚至小型生物成为可能。

在医学工程和电气工程布伦教授Lihong Wang的带领下，这项新工作利用量子纠缠——阿尔伯特·爱因斯坦曾将其描述为“远距离幽灵般的动作”——不仅控制了照射到样品上的光的颜色和亮度，还控制了光的偏振。

Wang说：“我们的新技术有可能为许多不同领域的量子成像铺平道路，包括生物医学成像，甚至可能是远程空间传感”。他也是安德鲁和佩吉·程医学工程领导主席和医学工程执行官。

与波长和强度一样，偏振是光的基本属性，表示光波的电分量相对于波的一般传播方向的方向。大多数光，包括太阳光，都是非偏振的，这意味着它的电磁波在各个方向上移动和传播。

然而，被称为偏振器的滤光器可用于产生具有特定偏振的光束。例如，垂直偏振器只允许垂直偏振的光子通过。那些具有水平偏振的光子（即光波的电分量相对于行进方向水平取向）将被阻挡。任何具有其他偏振角度（垂直和水平之间）的光将部分通过。结果是一束垂直偏振的光。

这就是偏振太阳镜减少眩光的方法。它们使用垂直偏振化学涂层来阻挡被水平表面（如湖泊或雪地）反射而变成水平偏振的阳光。这意味着佩戴者只能观察到垂直偏振光。

当光强或颜色的变化不足以给科学家提供某些物体的高质量图像时，控制成像系统中光的偏振有时可以提供更多关于样品的信息，并提供一种不同的方法来识别样品与其背景之间的对比。检测某些样品引起的偏振变化也可以为研究人员提供有关这些材料的内部结构和行为的信息。

Wang的最新显微镜技术，由于纠缠而巧合地被称为量子成像（ICE），利用纠缠的光子对获得生物材料（包括较厚的样品）的高分辨率图像，并对具有科学家所说的双折射特性的材料进行测量。

图1.实验设置和SSN信号检索

与大多数材料一样，双折射材料不会以相同的方式弯曲入射光波，而是根据光的偏振和传播方向将这些波弯曲到不同的程度。科学家研究的最常见的双折射材料是方解石晶体。但生物材料，如纤维素、淀粉和许多类型的动物组织，包括胶原蛋白和软骨，也是双折射的。