鬼成像真神

高峰

在中科院上海光学与精密机械研究所，一群专注于量子光学的80后科学家研制出了世界上第一台单像素三维照相机。用这台相机拍照，可轻而易举地获取空间飞行器的全息图像。这群年轻人做的，是利用光和电磁波的无规涨落性质的成像——量子成像，俗称“鬼成像”。

听来有些吓人，想去却十分逼真。“鬼成像”是把自然界想象成一个由无数光子组成的量子场，这个场里的光子会不停涨落，每一个的状态都能计算出来。因此，要得到图像，不再需要依靠光线进入成像镜头，只需要依靠反射光波能量的探测和计算，仿佛幽灵般可以靠意念洞察一切。

对于一般的相机来说，要给物体拍照，必须用光照射物体，使被照射物体散射或透射出大量光到感光元器件上，从而获得物体的图像。

然而在很多情况下，比如微光环境，相机的感光元件无法获得大量的光。这时候要成像，有两种办法，一种是利用红外线。任何比绝对零度（零下273摄氏度）温度高的物体，都会向外辐射红外线。基于这个原理，在相机内设置接受红外线感光器，就可实现红外成像。

不过，红外线相机无法穿透高温烟雾，这一缺陷在航天领域很致命，卫星上的相机如果无法穿越云层，将不能及时反馈地表情况。

另一种微光成像技术就是量子成像。科学家对量子成像最早的认识是半个世纪前，英国天体物理学家汉伯里·布朗和特威斯为获得天体尺寸而开展的HBT实验。两人在试验中发现，当一束光被分为两束时，两者的光强存在关联性。这与当时普遍认为光子是不会相互影响的观点相悖。该现象也被称为“光子聚束效应”。

经过数十年的发展，尤其是激光技术的突飞猛进，1995年，美国马里兰大学首次完成了被称为“鬼成像”的量子成像实验。“鬼成像”就是在HBT实验的基础上，在一束光的光路内放置物体，尔后对比两束光的光强数据，随后可得到放置物体的图像。

早期的量子成像必须在特定的光源下进行，而且只能得到物体的轮廓。随着微电子技术的发展，以及量子关联算法的优化，目前的量子成像已经能在自然光源下，得到物体清晰的图像。

除了在航天领域，量子成像与医疗也息息相关。

2015年4月，由英国约克大学量子信息科学家开发出一种适用于人体的量子照相机。这台量子照相机是个混合系统，能利用微波与光束之间的量子相关性来探测物体，精准的寻找到癌细胞这类低反射率目标或出现增生的骨骼等。

从长远来看，这种量子雷达能以非入侵的方式检查生物样本或人类组织中是否存在缺陷。在医疗中，这些技术可用在磁共振成像中，降低病人身体吸收的辐射剂量。