使用一种全新的方法，科学家成功地将一对处于量子纠缠态的光子，进行了实时的可视化呈现。其结果令人称奇。

纠缠态光子的全息图像。Nature

8月中旬一篇刊登在《自然：光子学》杂志上的文章称，使用一种全新的方法，科学家成功地将一对处于量子纠缠态的光子，进行了实时的可视化呈现。令人称奇的是，呈现结果与中国传统文化中的“太极图”极为相似。

这种新的方法名为双光子数字全息成像，拥有极高的拍摄精度。

量子纠缠是微观粒子间的一种奇异联系方式，被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”。处于纠缠态的一对粒子——比如光子之间能够发生瞬时的联系。这对粒子中的一个如果发生变化，另一个也会发生变化——最不可思议的是，这种变化是瞬时发生的，不受距离的影响——无论它们近在咫尺，还是天各一方。

对于存在于微观世界中的拥有量子特性的物体，要预测其行为，必须找到与这个物体相对应的“波函数”。波函数是对处于叠加态的量子物体可能拥有的所有物理学变量的一种描述。但要找到纠缠态粒子的波函数十分困难，因为对其中一个粒子的任何测量行为，都会使另一个粒子的状态在瞬间发生变化。

物理学家使用所谓量子断层扫描的技术来克服这一障碍。通过将复杂的量子态进行投影，人们可以得到隶属于该状态的某些特性，比如极性或动量。而只要针对同一量子态的多个副本进行反复测量，人们就能够在低维切片的基础上，建立起对这个量子态的基本认识。这种方法和通过投射在四周墙体上的二维阴影，对一个三维物体进行还原有异曲同工之处。它能够提供所有正确信息，但同时也需要极为繁复的工作，剔除掉大量违反物理学定律的“不允许”状态。

为了解决这个问题，研究人员使用全息摄影技术，将高维信息编码成了可供管理的低维碎块。

光学全息术通常用两道光来创建三维图像：一道照射在目标上，并从目标身上反射出来；另一道照射在记录介质上。全息图源自光的干涉图——即两道交织在一起的光波峰波谷相互叠加或抵消形成的图案。

物理学家使用相似的方法，通过与另一个已知状态发生干涉后形成的图案，来捕捉纠缠态光子的图像。他们用纳秒级高精度相机进行拍摄，然后将干涉图案从中分离，最终获得了一张纠缠态光子的“太极图”。

研究人员希望他们的研究成果能够对量子计算机的发展有所帮助。

参考Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton stateshttps://www.nature.com/articles/s41566-023-01272-3Visualizing the Mysterious Dance: Quantum Entanglement of Photons Captured in Real-Timehttps://www.uottawa.ca/about-us/media/news/visualizing-mysterious-dance-quantum-entanglement-photons-captured-real-time