昆士兰大学(University of Queensland)的研究人员基于阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)曾经称之为“幽灵的远距离作用”的奇怪现象，建造了一个量子显微镜。
这种新设备利用量子纠缠安全地照亮活样本，而传统的显微镜使用的是具有潜在破坏性的高强度光。
昆士兰大学(University of Queensland)的量子物理学家沃里克·鲍恩(Warwick Bowen)表示，这是第一个以纠缠为基础的传感器，可以取代非量子技术。
“这是令人兴奋的——这是第一次证明了量子纠缠在传感方面具有改变范式的潜力，”博文说，他是这篇新论文的主要作者聚氨酯b丽斯在自然．
自17世纪发明以来，传统的光学显微镜通过揭示生命系统的微观结构和行为，彻底改变了我们对生命的理解。当激光能够更明亮地照亮样品时，显微镜领域有了一个巨大的飞跃;一些最近的技术甚至可以在几乎规模的原子．
但是最好的显微镜受到光子“噪音”(构成光的微小能量包)的限制。单个光子撞击探测器的随机时间会引入噪声，从而影响显微镜的灵敏度、分辨率和速度。噪音可以通过增加光的强度来减少——这会使电池变脆。
鲍恩解释说:“最好的光学显微镜使用的是比太阳亮数十亿倍的明亮激光。”“像人类细胞这样脆弱的生物系统在其中只能存活很短的时间。
“仅仅通过增加光的强度，我们就已经达到了极限。”
Bowen和他的团队的新显微镜可能会开启显微镜的下一场革命，因为他们通过引入量子纠缠规避了这些限制。
但是这个设备是如何工作的呢?好吧，这取决于量子物理学，所以系好安全带。
量子纠缠是一种奇怪的怪兽。他们的想法是，两个粒子可以“纠缠”，也就是相互连接，然后总是反映彼此的特性——一个发生的事会立即发生在另一个身上，即使它们相距数光年。这种即时的协调似乎违背了常识;物理学家还不知道它是如何工作的，只知道它确实是这样的。
这种现象可以用显微镜来观察。
物理学家早就知道量子关联可以用来从光子中提取信息——事实上，这些关联被用于改进激光干涉引力波探测器，如LIGO等。他们甚至怀疑量子关联可以帮助改进显微镜，但直到现在，他们还不能建立足够明亮的量子关联光源，可以与显微镜连接。
作者在他们的论文中解释说:“然而，之前所有的实验所使用的光学强度都比生物物理损伤通常产生的强度低12个数量级以上，而且远低于精密显微镜通常使用的强度。”
这个新装置使用了相干喇曼散射显微镜——现有的技术，用来探测活分子的振动信号，给出关于它们化学组成的具体信息。
但该团队定制设计了这种显微镜，因此量子关联改善了照亮样本的光源，使光线非常“安静”。
“纠缠让我们能够做的，基本上就是把光子训练在那种光线下，使它们以一种均匀的方式到达探测器，”鲍恩说。
这是通过“非线性晶体”实现的，它改变通过的光;他们没有使用普通的激光束，而是使用了“压缩光”，在压缩光中，光子是内在相关的。这就降低了光的振幅，进而降低了噪声。
对于固定的光强，这种设置会导致更高的信噪比，从而在显微镜中产生更高的对比度。他们能够对大约10纳米厚的酵母细胞壁进行成像。
鲍文解释说:“与传统显微镜相比，我们可以在不破坏细胞的情况下，利用量子关联分析细胞壁更大的区域。”
该团队能够将信噪比提高35%。”
他们在论文中写道:“这为相干拉曼显微镜和更广泛的高性能显微镜的发展消除了一个基本障碍。”
鲍文评论说:“我们对此非常兴奋，因为它首次表明，利用量子光在显微镜上获得绝对优势是可能的——可以测量你无法用任何其他方式测量的东西。”
格里菲斯大学的量子物理学家Sergei Slussarenko没有参与这项研究，他说这是一个伟大的成就。
他评论道:“量子光学学界已经花了很长时间研究如何利用光的奇异状态来提高测量精度，在实践中实现这些改进是相当具有挑战性的。”
“量子效应的增强非常重要，因为根本没有办法仅仅通过提高功率来提高测量灵敏度。采用量子技术进一步增强测量性能是唯一的方法。”
鲍恩说，这只是第一步。
35%的改进并不是很大——他认为他们可以通过开发更亮的量子光源做得更好。
鲍恩说:“精密显微镜的一个巨大问题是它们的速度真的很慢。”“如果你想成像一个病毒，可能需要一分钟才能得到一张快照。”
改进量子光源可以将成像速度提高10倍——因此成像可能需要6秒，而不是1分钟。
这很重要，因为，正如Bowen所说，“在你拍摄这张照片的这段时间里，病毒中发生了各种各样的生物学现象。”将成像时间缩短到6秒意味着这些变化可以被捕捉到，而不是错过。
下一步是在其他生物物理学家和生物学家的实验室里建立这些系统，以测试什么是可能的，这一过程将在未来五年左右发生。Bowen的团队还与美国空军科学研究办公室合作，在他们位于德克萨斯州圣安东尼奥的实验室里建立这些装置。
鲍文说:“我们的目标是达到这样一个点，即我们真正能够提出生物学上的新问题。”“还有很多未知的东西。每次你改进显微镜，你就会发现新的行为和新现象，所以我们的想法就是为此做出贡献。”
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