研究人员说，量子物理学的独特性质可以帮助解决一个长期存在的问题，即阻止显微镜在最小尺度上产生更清晰的图像。
这一突破利用纠缠光子创造了一种校正显微镜图像畸变的新方法，可能会改善组织样本的经典显微镜成像，从而帮助推进医学研究。
它还可能导致量子增强显微镜的新进展，用于广泛的领域。该团队的论文题为“纠缠光子的自适应光学成像”，发表在《科学》杂志上。来自剑桥大学和法国卡斯特勒·布罗塞尔实验室的研究人员也参与了这项研究。
数百年来，显微镜一直是科学家们的宝贵工具。光学的进步使研究人员能够分辨出细胞和材料基本结构的更详细的图像。
然而，随着显微镜变得越来越复杂，它们开始遇到传统光学技术的限制，在传统光学技术中，即使是分辨图像的元件上的微小缺陷也会产生模糊的图像。
目前，一种叫做自适应光学的方法被用来纠正像差引起的图像畸变。像差可能是由透镜和其他光学元件的小缺陷或显微镜下样品的缺陷引起的。
自适应光学的关键是一个“导星”——在显微镜下识别样品中的一个亮点，它为检测像差提供了一个参考点。一种叫做空间光调制器的装置可以塑造光线并校正这些扭曲。
依赖导星会给显微镜成像不含亮点的细胞和组织等样品带来问题。科学家们已经利用图像处理算法开发了无导星自适应光学系统，但这些方法对于结构复杂的样品可能会失效。
在这篇新论文中，来自英国和法国的研究人员概述了他们如何使用纠缠光子来感知和纠正通常会扭曲显微镜图像的像差。他们称这一过程为量子辅助自适应光学。
这篇论文描述了他们如何使用他们的新技术来校正失真，并恢复生物测试样本(蜜蜂的嘴和腿)的高分辨率图像。他们还演示了具有三维结构的样品的像差校正，这是经典自适应光学经常失败的情况。
他们使用纠缠光子对来照亮样品，使他们能够捕获常规图像并同时测量量子相关性。
当纠缠光子对遇到像差时，它们的纠缠——以量子相关的形式——就会退化。研究人员表示，这些量子相关性被降低的方式实际上揭示了有关畸变的信息，并允许使用复杂的计算机分析来纠正它们。
相关性中包含的信息允许对像差进行精确的表征，使其能够随后使用空间光调制器进行校正。这篇论文表明，这种相关性可以用来产生比传统的明场显微镜技术更清晰、更高分辨率的图像。
格拉斯哥大学物理与天文学院的帕特里克·卡梅伦(Patrick Cameron)是该论文的第一作者。他说:“像生物组织这样的复杂样本，使用传统的显微镜成像方法是具有挑战性的，其中亮星技术可能会失败，因为人类或动物组织中很少有天然的亮点。
“这项研究表明，量子纠缠光源可以用传统显微镜更具挑战性(如果不是不可能的话)的方式来探测样品。通过纠缠光子识别和纠正像差和畸变，使我们能够在不需要导星的情况下产生更清晰的图像。”
Hugo defenne博士最初在格拉斯哥大学物理与天文学院从事这项研究，后来转到索邦大学巴黎纳米科学研究所，现在他在那里工作。这篇论文的最后一位作者迪韦尼博士说:“这项新技术可以广泛应用于各种传统光学显微镜，以帮助提高对各种样品的成像能力。我们在生物样品上证明了它的有效性，这表明它可以在未来用于医学和生物学领域。
“它也可以应用于量子显微镜这一新兴领域，它具有巨大的潜力，可以产生超越经典光极限的图像。”
在该技术被广泛应用于光学显微镜之前，该团队仍有一些技术障碍需要克服。
格拉斯哥大学极光研究小组的负责人Daniele Faccio教授是该论文的合著者。他说:“下一代相机和光源可能有助于提高使用这种技术分辨图像的速度。我们将继续努力完善和发展这一过程，并期待随着我们的进步，为先进的显微镜技术找到新的现实应用。”
