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　　一、打破傳統(tǒng)，布朗大學(xué)開發(fā)出新的成像技術(shù)

　　根據(jù)布朗大學(xué)工程物理專業(yè)大三學(xué)生張亞萌(音譯)說，它們引入了量子多波長全息術(shù)，他與本科生劉文宇(音譯)共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。這項(xiàng)技術(shù)使布朗大學(xué)研究員能夠收集關(guān)于物體厚度的更好、更準(zhǔn)確的信息，這使我們能夠使用間接光子創(chuàng)建精確的3D圖像。

　　張和劉在2025年5月早些時候的激光與電光會議上展示了他們的研究成果。這項(xiàng)工作由高級研究員彼得·莫羅什金(peter Moroshkin)和布朗大學(xué)工程學(xué)院教授吉米·徐(Jimmy Xu)監(jiān)督。

　　徐說：“不用紅外攝像機(jī)，你也可以稱之為紅外成像?！边@聽起來不可能，但他們做到了。他們做到了這一點(diǎn)，使其產(chǎn)生的圖像具有很高的深度分辨率?！?/p>

　　二、新成像技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)差異，布朗大學(xué)創(chuàng)新在哪里？

　　傳統(tǒng)的成像技術(shù)，比如x射線，甚至是一張簡單的照片，都需要捕捉物體反射的光。但布朗大學(xué)的量子成像利用了量子糾纏的“幽靈”(阿爾伯特·愛因斯坦用來描述這種現(xiàn)象的術(shù)語)作用。當(dāng)兩個光子糾纏在一起時，發(fā)生在其中一個光子身上的任何事情都會立即影響到被糾纏的另一個光子的狀態(tài)，即使這兩個光子在距離和方向上是分開的。在量子成像中，一個“空閑”光子被用來實(shí)際掃描目標(biāo)物體，但另一個“信號”光子——與“空閑”光子糾纏在一起——被檢測到來創(chuàng)建圖像。

　　在這種新方法中，布朗大學(xué)研究人員使用非線性晶體來產(chǎn)生具有紅外波長的光子作為空閑子，每個光子都與可見光范圍內(nèi)的信號光子糾纏在一起。研究人員說，使用紅外光照明和可見光渲染圖像有顯著的優(yōu)勢。

　　“紅外波長是生物成像的首選，因?yàn)樗鼈兛梢源┩钙つw，對精細(xì)結(jié)構(gòu)是安全的，但它們需要昂貴的紅外探測器進(jìn)行成像，”就讀于布朗大學(xué)工程物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的大四學(xué)生劉說?！拔覀兎椒ǖ膬?yōu)勢在于，我們可以使用紅外線探測物體，但我們用于探測的光在可見光范圍內(nèi)。所以我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)的、廉價的硅探測器。”

　　關(guān)鍵的進(jìn)步是通過處理一個被稱為“相位包裹”的問題，將量子成像帶入3D領(lǐng)域。

　　相位包裹發(fā)生在任何使用光波相位(波形的波峰和波谷)來確定物體輪廓深度的成像技術(shù)中。如果這些輪廓線的深度大于波的長度，就會出現(xiàn)一種“環(huán)繞”效應(yīng)，使較深的特征與恰好落在波周期同一部分的較淺特征無法區(qū)分。例如，相位包裹問題使半波長深的輪廓與一或兩個半波長深的輪廓難以區(qū)分。

　　為了克服這個問題，布朗大學(xué)的研究小組使用了兩組稍微不同的空閑光子和信號光子波長。波長的差異極大地擴(kuò)展了技術(shù)可以精確測量和成像的深度特征。

　　“通過使用兩種稍微不同的波長，我們有效地創(chuàng)造了一個更長的合成波長——大約是原始波長的25倍，”劉說?！斑@為我們提供了一個更大的可測量范圍，更適用于細(xì)胞和其他生物材料?！?/p>

　　該團(tuán)隊(duì)展示了他們可以成功地創(chuàng)建一個測試對象的全息圖像——一個大約1.5毫米的字母“B”(向布朗大學(xué)致敬)，由金屬制成。研究人員表示，這是利用量子糾纏創(chuàng)建高保真3D圖像的有力概念驗(yàn)證。

　　劉和張都表示，他們很高興有機(jī)會在國際科學(xué)會議上發(fā)言。

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