在傳統(tǒng)成像方法中，一束光子(或其他粒子)被反射到要成像的物體上。光束到達(dá)探測(cè)器后，收集到的信息被用來(lái)創(chuàng)建照片或其他類(lèi)型圖像。

在另一種成像技術(shù)“鬼影成像”(ghost imaging)中，這個(gè)過(guò)程的工作原理略有不同：圖像是根據(jù)從從未與物體實(shí)際交互光束中檢測(cè)到的信息重建。鬼影成像的關(guān)鍵是使用兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)粒子束。當(dāng)一束光與物體相互作用時(shí)，第二束光被檢測(cè)出來(lái)并用于重建圖像。

即使第二束光從未與物體相互作用，被探測(cè)到第一束光的唯一方面是單獨(dú)探測(cè)器上每個(gè)光子的到達(dá)時(shí)間，但由于兩束光是相互關(guān)聯(lián)的，因此可以完全重建出物體的圖像。雖然在鬼影成像中通常使用兩束光，但新研究已經(jīng)證明了高階相關(guān)關(guān)系，即三束、四束或五束之間的相關(guān)性。高階鬼影成像可以提高圖像的可視性，但其缺點(diǎn)是高階相關(guān)事件的檢測(cè)概率較低，導(dǎo)致分辨率較低。在一篇新論文中，來(lái)自堪培拉澳大利亞國(guó)立大學(xué)的一組物理學(xué)家在高階鬼影成像方面取得了兩項(xiàng)新成就：

第一次展示了高階鬼影成像中含有大量粒子(他們使用超冷氦原子)，第一次展示了高階鬼影成像中使用量子源相關(guān)光束。作為量子源，研究人員使用了兩種碰撞的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體，是冷卻到接近絕對(duì)零度的原子簇。在如此寒冷的溫度下，玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體中的原子聚集在一起，表現(xiàn)得像一個(gè)巨大的原子。研究人員利用五個(gè)氦原子之間的相互關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。證明，在一定條件下，量子源的大質(zhì)量粒子高階鬼影成像可以在不影響分辨率的情況下提高圖像可見(jiàn)性。

澳大利亞國(guó)立大學(xué)物理學(xué)家、論文第一作者肖恩·霍奇曼說(shuō)：我認(rèn)為，這項(xiàng)研究的最大意義主要在于能夠證明，這樣一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)是可能的。在一個(gè)量子源中有非常少的多粒子相關(guān)事件，這就是為什么它之前沒(méi)有被光學(xué)證明的部分原因，這意味著即使經(jīng)過(guò)了成千上萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，也只有很少的事件可以用來(lái)重建幽靈圖像。演示的改進(jìn)對(duì)于需要高可視性，但容易損壞的應(yīng)用程序尤其有益，這是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)有可能降低劑量率。

從而減少對(duì)樣品的潛在輻射損傷，其中一個(gè)應(yīng)用是原子鬼光刻，原子鬼光刻技術(shù)將和普通原子光刻技術(shù)一樣，但是使用相關(guān)光束可以實(shí)時(shí)監(jiān)控光刻過(guò)程。高階關(guān)聯(lián)將通過(guò)允許具有相同信號(hào)質(zhì)量的低通量來(lái)改善鬼影光刻技術(shù)，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楦咄繉?duì)樣品有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。隨著進(jìn)一步研究，高階量子鬼影成像也可以用來(lái)進(jìn)行量子力學(xué)的基本測(cè)試，比如證明多個(gè)原子之間的糾纏，或者在一個(gè)相關(guān)脈絡(luò)中，使用三個(gè)或更多粒子來(lái)測(cè)量貝爾不等式。

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參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI:?10.1103/PhysRevLett.122.233601

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