量子光揭开大自然的微小秘密

新技术涉及光谱学，即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态，而这是使用传统光源无法实现的。

“这项研究考察了一种称为纠缠双光子吸收的量子光谱技术，该技术利用纠缠来揭示分子结构以及ETPA如何以超快的速度起作用来确定传统光谱无法看到的特性，”该研究的资深作者、密歇根大学化学和大分子科学与工程教授TheodoreGoodson说。

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

光子是电磁能的最小粒子，因此也是光的最小粒子，它使分子结构的细节可见，而这在普通光中是无法显示的。量子光谱学速度非常快，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开辟了新机会，同时对蛋白质、DNA和活细胞等精密生物样本的光损伤最小。

密歇根大学化学系研究实验室专家、主要作者奥列格·瓦纳夫斯基(OlegVarnavski)表示：“利用纠缠光子进行测量可以高选择性地在极低光照水平下感知生物特征，以防止光损伤。”

该研究发表在美国科学院院刊上，利用一种名为锌四苯基卟啉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光粒子而不是一个光粒子。

研究人员发现，使用量子纠缠的光子对时，ZnTPP分子会在红光光谱中表现出吸收。使用两个未纠缠的光子时，ZnTPP分子会在蓝光光谱中表现出吸收。

激光通过自发参数下转换过程产生纠缠光子对。然后这些光子聚焦到装有ZnTPP溶液的比色皿上。使用高灵敏度单光子探测器测量透射率。

这项研究为量子光光谱学和显微镜学的发展铺平了道路，有可能大大提高ETPA传感器和低强度检测方案的效率。利用纠缠光子获取独特分子状态的能力可以改善生物特征的传感，即使在最低光照水平下也能具有显著的选择性和灵敏度，以防止光损伤。

瓦纳夫斯基说：“这为研究非经典光分子状态提供了机会，这些分子的状态与经典光具有根本不同的特性。”