无论LK 99的真实性如何，似乎很明显，2023年是量子力学中令人惊叹的一年。
渥太华大学的研究人员与罗马萨皮恩扎大学的达尼洛-齐亚（Danilo Zia）和法比奥-斯基亚里诺（Fabio Sciarrino）合作，最近展示了一种新技术，可以实时可视化两个纠缠光子（构成光的基本粒子）的波函数。
该研究“空间双光子态振幅和相位的干涉成像”发表在《自然光子学》上。
什么是量子纠缠？
用一双鞋的比喻，纠缠的概念可以比作随机选择一只鞋。当你认出一只鞋的时候，另一只鞋（无论是左脚还是右脚）的性质就会立即被识别出来，无论它在宇宙中的位置如何。然而，有趣的因素是与识别过程相关的固有不确定性，直到观察的确切时刻。
波函数是量子力学的核心原理，它提供了对粒子量子态的全面理解。
例如，在鞋的例子中，鞋的“波函数”可以携带诸如左或右、尺寸、颜色等信息。
更准确地说，波函数使量子科学家能够预测对量子实体的各种测量的可能结果，例如位置、速度等。
波函数难点
了解这样一个量子系统的波函数是一项具有挑战性的任务——简而言之，这也被称为量子态断层扫描或量子断层扫描。使用标准方法（基于所谓的投影运算），完整的断层扫描需要大量的测量，这些测量随着系统的复杂性（维度）而迅速增加。
该研究小组此前用这种方法进行的实验表明，表征或测量两个纠缠光子的高维量子态可能需要数小时甚至数天。此外，结果的质量对噪声高度敏感，并取决于实验装置的复杂性。
量子层析成像的投影测量方法可以被认为是观察从独立方向投影在不同墙上的高维物体的阴影。研究人员所能看到的只是阴影，从中他们可以推断出整个物体的形状（状态）。例如，在CT扫描（计算机断层扫描）中，因此可以从一组2D图像重建3D对象的信息。
双光子方案
在经典光学中，还有另一种重建 3D 物体的方法。这称为数字全息术，基于记录单个图像（称为干涉图），通过将物体散射的光与参考光进行干涉而获得。
渥太华大学团队将这一概念扩展到两个光子的情况。
重构双光子态需要将其与假定的众所周知的量子态叠加，然后分析两个光子同时到达的位置的空间分布。对同时到达的两个光子进行成像被称为巧合成像。这些光子可能来自参考源，也可能来自未知源。量子力学指出，光子的来源无法确定。这就产生了一种干涉模式，可用于重建未知波函数。先进的照相机能以纳秒级的分辨率记录每个像素上的事件，从而使这项实验成为可能。
这项研究的影响不仅仅限于学术界。它有可能加速量子技术的进步，例如改进量子态表征、量子通信和开发新的量子成像技术。