量子光揭开了大自然的微小秘密

　　这项新技术涉及光谱学，研究物质如何吸收和发射光和其他形式的辐射。它利用量子力学来研究分子的结构和动力学，这是传统光源无法做到的。

　　“这项研究检验了一种叫做纠缠双光子吸收的量子光谱学技术，它利用纠缠来揭示分子的结构，以及ETPA如何在超快的速度下起作用，以确定经典光谱学无法看到的特性，”研究的资深作者、密歇根大学化学和大分子科学与工程教授西奥多·古德森说。

　　纠缠双光子吸收使研究人员能够利用被称为纠缠的量子现象相互连接的两个光子来研究分子。

　　光子是可能存在的最小的电磁能量粒子，因此也是最小的光粒子，这使得分子结构的细节可见——这是普通光无法显示的。量子光谱学非常快，可以揭示通常隐藏的特性。

　　这一发现为非侵入性、低强度成像和传感应用提供了机会，对蛋白质、DNA和活细胞等精细生物样品的光损伤最小。

　　密歇根大学化学系研究实验室专家奥列格·瓦尔纳夫斯基说:“用纠缠光子进行测量，可以在非常低的光照水平下，以高选择性地感知生物特征，以防止光损伤。”

　　这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究使用了一种叫做四苯基卟啉锌的有机分子来研究双光子吸收现象，即一个分子同时吸收两个而不是一个光粒子。

　　研究人员发现，使用量子纠缠的光子对，ZnTPP分子在红色光谱中表现出吸收。对于两个未纠缠的光子，ZnTPP分子在蓝色光谱中显示出吸收。

　　激光通过一种称为自发参量下转换的过程产生纠缠光子对。然后将这些光子聚焦到含有ZnTPP溶液的试管中。透射率是用高灵敏度的单光子探测器测量的。

　　这项工作为量子光谱学和显微镜的发展铺平了道路，有可能导致ETPA传感器和低强度检测方案的更高效率。利用纠缠光子获取独特分子状态的能力可以提高生物特征的感知，即使在最小的光水平下也具有显著的选择性和灵敏度，以防止光损伤。

　　瓦尔纳夫斯基说:“这为研究非经典光的分子状态提供了机会，这些非经典光与经典光具有根本不同的性质。”