基于量子现象（例如光子或电子纠缠）的量子显微镜在原子尺度上测量粒子及其性质。

大多数显微镜使用光或激光来照射和观察半透明或透明的材料。虽然某些样品可以承受高辐射水平，但其他样品非常脆弱，会被高强度的光破坏，使分析它们变得困难。

最简单的解决方案是降低光强度。但不幸的是，这样做会使图像变得嘈杂和模糊，这可能会隐藏重要的特征，否则可以为观察者提供有价值的信息。

量子显微镜通过使用纠缠光子的相长干涉来恢复材料的图像，从而克服了这一挑战。它结合了产生超纠缠空间偏振光子的量子源、具有宽视野的无透镜干涉显微镜和单光子雪崩二极管阵列相机，实现了原子级别的粒子。

历史

第一台显微镜是由荷兰透镜制造商Zacharias Janssen在17世纪初发明的。这项创新促进了细胞和细菌的发现。

1981年，IBM苏黎世实验室的Heinrich Rohrer和Gerd Binnig开发了基于复杂量子模型的扫描隧道显微镜，这是显微镜尺度的新极限，将其从微观尺度带到纳米尺度，代表了一场量子显微镜革命。

量子显微镜的应用

量子显微镜提供多种表征和成像模式的能力为纳米到量子尺度的材料行为和结构提供了有希望的新见解。

图案化薄膜的机械性能

使用量子显微镜检查纳米尺度的声学行为揭示了长度尺度小至几纳米的物体的应力和应变细节，这些细节很难或不可能使用物理和机械表征技术获得。

材料特性和动力学

纳米结构介质和量子材料的电学、磁学和弹性特性可以通过使用超快激光脉冲的飞秒到皮秒时间响应来研究。

量子显微镜作为分子的MRI

量子显微镜使科学家能够调查和检查DNA如何在细胞内折叠和缠绕，以及药物如何在细菌或细胞内发挥作用。即使在液体溶剂中，它也能生成每个原子离子的图像，并在不干扰生物反应的情况下表征生物反应。

科学家们早就期待这种成像技术可以在没有侵入性干预的情况下无害地观察分子相互作用和细胞结构。

近期研究及发展

可以看到看不见的量子显微镜

昆士兰大学的研究人员发明了一种量子显微镜，可以看到以前看不见的细胞结构。

他们提出利用量子光子相关性来增强生物成像而不增强光强度。结果，他们获得了比传统显微镜高35%的信噪比。

Q-MIC联盟在不造成光损伤的情况下提高灵敏度

“Q-MIC项目”联盟，光子科学研究所，Micro Photon Devices，米兰理工大学和Fraunhofer IOF开发了一种量子增强显微镜。

与传统显微镜不同，该显微镜采用极低的光强度来检查材料的大区域，具有更高的分辨率和灵敏度，而不会造成光损伤。

量子显微镜原型指向新型传感和成像

随着量子技术的发展，新型显微镜正在成为可能；这些显微镜可以检测表面上的电流、磁场波动甚至原子粒子。这种显微镜的原型显示高分辨率灵敏度，由Jean-Philippe Titian博士和Igor Aharonovich教授领导的澳大利亚研究人员设计。

研究人员使用原子薄层的六方氮化硼（hBN）代替巨大的晶体进行量子实验。这使得在环境设置下扫描铁磁体的磁场变得可行，这在以前被认为是不可能的。

对单个原子进行成像

斯图加特大学的一组研究人员创造了一种基于离子光学的量子显微镜，可以产生亚原子粒子的图像。他们没有利用曲面将光线集中在显微镜中，而是使用静电透镜来引导电场中离子的轨迹。

结果，他们的显微镜能够捕捉到6.79μm至0.52μm的特征，它们之间的间隙为532 nm，足以用于单个成像原子。

量子显微镜的未来

量子显微镜的最新突破在克服传统技术障碍和提供卓越的成像质量方面显示出巨大的前景。

量子显微镜将允许在不同科学领域开展新的研究。一个值得注意的例子是DNA形状的发现，因为双螺旋结构只是通过理论计算证明，但从未实现。

这些发现将为发现和理解物体的本质开辟一个新的世界。因此，量子显微镜现在和将来都会是那些想要用眼睛看东西的人的绝佳工具。

原文链接：https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=2369

---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---