科学家设计新型X射线显微镜，利用量子纠缠对分子进行“幽灵成像”

美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的工程师设计了一种奇怪的新型X射线显微镜，它利用量子物理的奇异世界对生物分子进行高分辨率的“幽灵成像”，但辐射剂量较低。

x射线显微镜是对样品进行高分辨率成像的有用工具，但其中涉及的辐射会损伤敏感样品，如病毒、细菌和一些细胞。降低辐射剂量是解决这个问题的一种方法，但不幸的是，这也降低了图像的分辨率。

现在，布鲁克海文国家实验室的研究团队找到了一种在低辐射剂量下保持高分辨率的方法——他们所要做的就是利用量子物理的奇异性，这让爱因斯坦等人感到困惑。

在标准的X射线显微镜中，一束光子穿过样品，由另一端的探测器收集。但在该团队的新量子增强X射线显微镜中，光束被分成两束，只有一半穿过样本——然而，两束光束都可以被测量。

这怎么可能呢？这都是因为一种叫做量子纠缠的奇怪现象。本质上，两个粒子可以如此纠缠，以至于与其中一个粒子的相互作用将立即改变其伙伴的状态，无论它们相距多远。

这意味着信息在它们之间的移动速度要快于光速，光速被认为是一个硬极限——所以爱因斯坦不愿意接受这种现象。

在新型X射线显微镜的情况下，分束器产生成对的纠缠光子。其中一个像往常一样穿过样本，将信息传输到检测器。但同时也会导致它的伴侣自动改变状态，尽管它还没有接触过样本。当它撞上自己的探测器时，

你可以从中获得额外的信息。

“一束光子穿过样本，被探测器收集，探测器以良好的时间分辨率记录光子，而另一束则编码光子传播的确切方向，”该项目首席光束线科学家安德烈弗鲁拉苏(Andrei Fluerasu)说。“听起来像是魔法。

但是通过数学计算，我们将能够把两束光的信息联系起来。"

这个过程被称为“鬼成像”，到目前为止，它只用于可见光的光子。这种新的显微镜将是第一种将这种技术应用于X射线的技术，允许在不破坏样品的情况下捕捉小于10纳米的样品图像。

随着设计和概念规划，新的X射线显微镜将在国家同步辐射光源II(NSLS-II)建造。如果一切按计划进行，它应该在2023年开始运行。