一、打破传统，布朗大学开发出新的成像技术

　　根据布朗大学工程物理专业大三学生张亚萌(音译)说，它们引入了量子多波长全息术，他与本科生刘文宇(音译)共同领导了这项工作。这项技术使布朗大学研究员能够收集关于物体厚度的更好、更准确的信息，这使我们能够使用间接光子创建精确的3D图像。

　　张和刘在2025年5月早些时候的激光与电光会议上展示了他们的研究成果。这项工作由高级研究员彼得·莫罗什金(peter Moroshkin)和布朗大学工程学院教授吉米·徐(Jimmy Xu)监督。

　　徐说：“不用红外摄像机，你也可以称之为红外成像。”这听起来不可能，但他们做到了。他们做到了这一点，使其产生的图像具有很高的深度分辨率。”

　　二、新成像技术与传统技术差异，布朗大学创新在哪里？

　　传统的成像技术，比如x射线，甚至是一张简单的照片，都需要捕捉物体反射的光。但布朗大学的量子成像利用了量子纠缠的“幽灵”(阿尔伯特·爱因斯坦用来描述这种现象的术语)作用。当两个光子纠缠在一起时，发生在其中一个光子身上的任何事情都会立即影响到被纠缠的另一个光子的状态，即使这两个光子在距离和方向上是分开的。在量子成像中，一个“空闲”光子被用来实际扫描目标物体，但另一个“信号”光子——与“空闲”光子纠缠在一起——被检测到来创建图像。

　　在这种新方法中，布朗大学研究人员使用非线性晶体来产生具有红外波长的光子作为空闲子，每个光子都与可见光范围内的信号光子纠缠在一起。研究人员说，使用红外光照明和可见光渲染图像有显著的优势。

　　“红外波长是生物成像的首选，因为它们可以穿透皮肤，对精细结构是安全的，但它们需要昂贵的红外探测器进行成像，”就读于布朗大学工程物理和应用数学专业的大四学生刘说。“我们方法的优势在于，我们可以使用红外线探测物体，但我们用于探测的光在可见光范围内。所以我们可以使用标准的、廉价的硅探测器。”

　　关键的进步是通过处理一个被称为“相位包裹”的问题，将量子成像带入3D领域。

　　相位包裹发生在任何使用光波相位(波形的波峰和波谷)来确定物体轮廓深度的成像技术中。如果这些轮廓线的深度大于波的长度，就会出现一种“环绕”效应，使较深的特征与恰好落在波周期同一部分的较浅特征无法区分。例如，相位包裹问题使半波长深的轮廓与一或两个半波长深的轮廓难以区分。

　　为了克服这个问题，布朗大学的研究小组使用了两组稍微不同的空闲光子和信号光子波长。波长的差异极大地扩展了技术可以精确测量和成像的深度特征。

　　“通过使用两种稍微不同的波长，我们有效地创造了一个更长的合成波长——大约是原始波长的25倍，”刘说。“这为我们提供了一个更大的可测量范围，更适用于细胞和其他生物材料。”

　　该团队展示了他们可以成功地创建一个测试对象的全息图像——一个大约1.5毫米的字母“B”(向布朗大学致敬)，由金属制成。研究人员表示，这是利用量子纠缠创建高保真3D图像的有力概念验证。

　　刘和张都表示，他们很高兴有机会在国际科学会议上发言。

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