您可能见过科学家在显微镜下观察肉眼看不见的物体的图像。 事实上，显微镜对于我们了解生命是不可或缺的。
它们对于生物技术和医学同样不可或缺，例如在我们对疾病的反应中，新冠肺炎。 然而，最好的光学显微镜已经遇到了根本障碍？ 用于照亮微小物体的明亮激光也可以摧毁它们。
研究中出版于自然今天，我们的澳大利亚和德国研究人员团队已经证明量子技术提供了一个解决方案。 我们建造了一台可以更温和地探测生物样本的量子显微镜，这使我们能够观察原本无法看到的生物结构。
创造像我们这样的避免损伤的显微镜是人们期待已久的里程碑国际量子技术路线图。 它代表着显微镜和更广泛的传感技术进入令人兴奋的新时代的第一步。
激光显微镜的问题
显微镜有着悠久的历史。 它们被认为是由荷兰镜片制造商首先发明的扎卡里亚斯·詹森大约在十七世纪初。 他可能用它们来伪造硬币。 这个曲折的开端导致了细菌、细胞以及我们现在所理解的基本上所有微生物学的发现。
最近发明的激光器提供了一种强烈的新型光。 这使得一种全新的显微镜方法成为可能。 激光显微镜让我们能够以真正精致的细节观察生物，其厚度比人类头发的厚度小 10,000 倍。 他们被授予2014年诺贝尔化学奖，并改变了我们对细胞和细胞内 DNA 等分子的理解。
然而，激光显微镜面临着一个重大问题。 是什么让他们成功？ 他们的强度？ 也是他们的致命弱点。 最好的激光显微镜使用的光比地球上的太阳光亮数十亿倍。 正如您可能想象的那样，这可能会导致严重的晒伤！
在激光显微镜下，生物样本可能会在几秒钟内生病或死亡。 您可以在下面由我们的团队成员 Michael Taylor 拍摄的成纤维细胞电影中实时看到这种情况的发生。
幽灵般的远距离行动提供了解决方案
我们的显微镜避免了这个问题。 它使用了一种称为量子的属性，阿尔伯特·爱因斯坦将其描述为“幽灵般的远距离作用”。
纠缠是粒子之间一种不寻常的相关性，在我们的例子中是构成激光束的光子之间的相关性。 我们用它来训练离开显微镜的光子表现自己，以非常有序的方式到达探测器。 这减少了噪音。
其他显微镜需要增加激光强度以提高图像的清晰度。 通过减少噪音，我们无需这样做就能提高清晰度。 或者，我们可以使用强度较低的激光来产生相同的显微镜性能。
一个关键的挑战是生产对于激光显微镜来说足够亮了。 我们通过将光子集中成只有十亿分之一秒长的激光脉冲来做到这一点。 这产生的纠缠比以前用于成像的纠缠亮度高 10,000 亿倍。
当在显微镜中使用时，我们的纠缠激光提供的图像清晰度比其他方法高 35%，且不会破坏样品。 我们使用显微镜对活细胞内分子的振动进行成像。 这使我们能够看到使用传统方法无法看到的详细结构。
下图中可以看到改进。 这些图像是用我们的显微镜拍摄的，显示了酵母细胞一部分内的分子振动。 左图使用量子纠缠，右图使用传统激光。 正如我希望您同意的那样，量子图像更加清晰，细胞内储存脂肪的区域（黑色斑点）和细胞壁（半圆形结构）都更加可见。
迈向量子传感技术的应用
量子技术有望在计算、通信和传感领域产生革命性的应用。 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO)估计到 2040 年，他们将创造一个价值 860 亿澳元的全球产业。
量子纠缠是许多此类应用的基础。 量子技术研究人员面临的一个关键挑战是证明它比当前方法具有绝对优势。
纠缠已然用过的由金融机构和政府机构进行通信，安全有保障。 这也是它的核心， 哪个谷歌2019 年展示的计算机可以执行当前传统计算机无法完成的计算。
量子传感器是这个难题的最后一块。 预计它们将改善我们看待世界的几乎各个方面，从更好的导航到更好的医疗保健和医疗诊断。
大约一年前，量子纠缠被安装在公里级引力波观测站。 这使得科学家能够探测到太空中更远的巨大物体。
我们的工作表明，纠缠可以在更正常的尺寸尺度和广泛的技术中提供绝对的传感优势。 这可能会产生很大的影响吗？ 不仅适用于显微镜，还适用于许多其他应用，例如全球定位,雷达和导航。
