由未通過拍攝目標(biāo)的光子拍攝的鏤空貓圖案。

最近，奧地利物理學(xué)家設(shè)計出一種新奇方法，無需光與拍攝目標(biāo)相互作用，利用量子效應(yīng)也能拍出照片。這聽起來似乎顛覆了傳統(tǒng)物理的成像原理，他們用一個鏤空的貓圖案進(jìn)行了實驗，雖不是一張同時“要死要活”的貓照片，卻是粒子能同時處于兩種狀態(tài)的證明。相關(guān)論文發(fā)表在8月28日的《自然》雜志上。

據(jù)自然網(wǎng)站8月27日報道，量子成像要用成對光子，也就是糾纏的“孿生光子”，其中一個光子的量子態(tài)會與另一個連在一起。一個光子以某種概率可能地通過拍攝目標(biāo)，另一個則進(jìn)入探測儀。但進(jìn)入探測儀的光子卻“知道”它孿生兄弟的命運(yùn)，研究人員就是根據(jù)它“知道”的情況構(gòu)建出圖像來。

通常人們要收集從物體上反射來的光子才能拍照，該研究負(fù)責(zé)人、奧地利科學(xué)院物理學(xué)家安東·澤林杰說：“現(xiàn)在，你第一次不用這么做了?！边@種技術(shù)的一個優(yōu)點就是，兩個光子的能量不一定要相同，這意味著接觸目標(biāo)的光與檢測信息用的光可以有顏色差異。比如，一個量子成像儀可以發(fā)射低能光子通過微量生物樣本，而用可見光波段的光子和傳統(tǒng)照相機(jī)來拍照。

澤林杰和同事在1991年提出了這項技術(shù)的理論，實驗系統(tǒng)包含把每個光子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚m纏光子的晶體，讓每個光子有兩條飛行路徑，但只有一條路徑通過拍攝目標(biāo)。

論文合著者、奧地利科學(xué)院的伽布里拉·萊默斯說，按照量子力學(xué)法則，如果不對光子通過了哪條路進(jìn)行檢測，它實際上相當(dāng)于通過了兩條路，在每條路上同時產(chǎn)生一個光子對。在第一條路徑上，光子對中的一個光子通過了拍攝目標(biāo)，而另一個沒有。那個通過目標(biāo)的光子會與另一個“概率自己”——也就是可能選擇了第二條路徑而沒有通過目標(biāo)的光子——重新結(jié)合，然后繼續(xù)飛開；其余從第二條路徑通過的光子也會與它第一條路徑上的自己重新結(jié)合，然后直接進(jìn)入攝像機(jī)，攝像機(jī)就利用這些光子來構(gòu)建圖像，雖然這些光子從未與拍攝目標(biāo)相互作用過。

研究人員拍了一張幾毫米寬的鏤空貓圖樣，還有幾張蝕刻在硅片上的其他圖樣。他們用攝像機(jī)無法檢測到的光波長來探測到了圖形?！斑@一點非常重要，這是量子成像確實起作用的證據(jù)?！睗闪纸苷f。

澤林杰解釋說，選擇貓形是為了紀(jì)念薛定諤1935年提出的著名思想實驗。他假設(shè)了一只貓在盒子里同時處于死活兩種狀態(tài)，因為沒人知道盒子里的毒藥是否釋放。同樣，在新實驗中，沒人知道光子選擇了哪條路徑，由此產(chǎn)生了光子對中那個走兩條路而不通過目標(biāo)的光子。（來源：科技日報 常麗君）