鬼成像真神

文|高峰

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鬼成像真神

文|高峰

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量子照相機

量子照相機是通過雙組鏡頭分別接受太陽光以及目標反射光，并通過對比兩種光，進行量子關聯算法來重建目標的圖像。

在中科院上海光學與精密機械研究所，一群專注于量子光學的80后科學家研制出了世界上第一臺單像素三維照相機。用這臺相機拍照，可輕而易舉地獲取空間飛行器的全息圖像。這群年輕人做的，是利用光和電磁波的無規漲落性質的成像——量子成像，俗稱“鬼成像”。

聽來有些嚇人，想去卻十分逼真。“鬼成像”是把自然界想象成一個由無數光子組成的量子場，這個場里的光子會不停漲落，每一個的狀態都能計算出來。因此，要得到圖像，不再需要依靠光線進入成像鏡頭，只需要依靠反射光波能量的探測和計算，仿佛幽靈般可以靠意念洞察一切。

對于一般的相機來說，要給物體拍照，必須用光照射物體，使被照射物體散射或透射出大量光到感光元器件上，從而獲得物體的圖像。

然而在很多情況下，比如微光環境，相機的感光元件無法獲得大量的光。這時候要成像，有兩種辦法，一種是利用紅外線。任何比絕對零度（零下273攝氏度）溫度高的物體，都會向外輻射紅外線。基于這個原理，在相機內設置接受紅外線感光器，就可實現紅外成像。

不過，紅外線相機無法穿透高溫煙霧，這一缺陷在航天領域很致命，衛星上的相機如果無法穿越云層，將不能及時反饋地表情況。

另一種微光成像技術就是量子成像。科學家對量子成像最早的認識是半個世紀前，英國天體物理學家漢伯里·布朗和特威斯為獲得天體尺寸而開展的HBT實驗。兩人在試驗中發現，當一束光被分為兩束時，兩者的光強存在關聯性。這與當時普遍認為光子是不會相互影響的觀點相悖。該現象也被稱為“光子聚束效應”。

經過數十年的發展，尤其是激光技術的突飛猛進，1995年，美國馬里蘭大學首次完成了被稱為“鬼成像”的量子成像實驗。“鬼成像”就是在HBT實驗的基礎上，在一束光的光路內放置物體，爾后對比兩束光的光強數據，隨后可得到放置物體的圖像。

早期的量子成像必須在特定的光源下進行，而且只能得到物體的輪廓。隨著微電子技術的發展，以及量子關聯算法的優化，目前的量子成像已經能在自然光源下，得到物體清晰的圖像。

除了在航天領域，量子成像與醫療也息息相關。

2015年4月，由英國約克大學量子信息科學家開發出一種適用于人體的量子照相機。這臺量子照相機是個混合系統，能利用微波與光束之間的量子相關性來探測物體，精準的尋找到癌細胞這類低反射率目標或出現增生的骨骼等。

從長遠來看，這種量子雷達能以非入侵的方式檢查生物樣本或人類組織中是否存在缺陷。在醫療中，這些技術可用在磁共振成像中，降低病人身體吸收的輻射劑量。