當喊出「量子照相機」時，腦袋中自然響起「打搭搭喇搭搭打搭」的配音加上多啦a夢那支圓圓的手，之後的SOP是多啦a夢要解釋道具的功用，大雄開始濫用，媽媽發現零分考卷和靜香開始洗澡。因為多啦a夢出場費太高，本館預算拮据請不起，就由館主來介紹這個應用量子物理原理的照相實驗吧！
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量子照相機！
(借用的圖片，有人可以看出這張圖其實是什麼道具嗎？)
圖片來源：藤子‧F‧不二雄
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我們常用「伸手不見五指」去形容多啦a夢的手，不過這個句話也可以說明一個地方沒有光就看不到東西。這個論述有三個關鍵字：「光」、「看」和「東西」。所謂的「看」或認何一種影像記錄，其實就是以感測器(眼睛、底片或CCD等)去補捉經過「東西」折射或反射後的「光」子。這種「看」的概念，理應牢不可破，但現在面臨到挑戰，一群在維也納從事量子光學研究的科學家利用量子物理的特性設計出一個實驗，讓他們可以透過一道未經過物體的光，拍攝到該物體的影像。為了向量子力學的鼻祖致敬，他們拍攝的物體之一，是一隻貓的輪廓。
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| 量子照相機的第一張公開照片 圖片來源：維也納大學 Copyright: Patricia Enigl, IQOQI |
這個實驗巧妙地改良了馬克詹達干涉儀(Mach-Zehnder interferometer)，將處於「量子糾纏態」(quantum entanglement)的光子對運用其中來完成物體的成像。嗯，不是很懂。沒關係，讓我們先從古典物理的講起，下圖為馬克詹達干涉儀的示意圖，左下角的分光鏡將光源一分為二，產生了兩道同相位的光，其中一道有經過物體、另一道則無，之後二道光會在右上角的分光鏡中會合，因為光波具有疊加特性，而其中一道光經過物體時會產生些微的相位差，因此成像時有干涉條紋的效果。
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| Mach-Zehnder interferometer 圖片來源：wikipedia |
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| 實驗架構 圖片來源：維也納大學 Copyright: Lois Lammerhuber |
來看看這個實驗架構吧(如上圖示)！右下角的綠光為雷射光源(Laser)，被分光鏡一分為二，會分別經過非線性晶體(NL1 ＆ NL2)而產生二雙糾纏態的光子對，即圖中的紅光及黃光。其中NL1產生的紅光會穿過欲拍攝之物體(Object)再進入NL2，二道黃光則會於另一個分光鏡交會重疊後指向感測器(Camera)。在這個實驗中，因為第一道紅光進入NL2而第二道紅光產自NL2，又二道黃光於觀測前先在分光鏡會合，所以最終的觀測者並不能區分紅光及黃光是由NL1或是NL2所產生，因此保有量子干涉效應(這個概念有一點像費曼的想像實驗)；另一方面，透過量子糾繞態的關連，通過物體的紅光所承載之影像資訊亦會影響黃光的波涵數，因此接收黃光的感測器(Camera)可補捉到物體的影像。
還是看不懂？哈哈，其實館主自已也是一知半解。還是直接說明這實驗最大的賣點：看東西的紅光並沒有被感測，而成像用的黃光則完全沒有經過物體！這打破了一般認知中「看」的概念。為了強調這點，本實驗中被拍攝的物體，其材質對黃光而言其實是透明的，就像X-ray看不到肌肉一般。故研究團隊認為這項發明有發展成醫療用途的潛力，對瞭解開天眼的靈異現象(誤)及量子糾纏的物理現象也很有幫助，研究成果已被發表於知名的期刊Nature上。
哦，對了！本文一開始的圖片，其實是詛咒照相機。
哦，對了！本文一開始的圖片，其實是詛咒照相機。
1.Phys.org "Picturing Schrodinger's cat: Quantum physics enables revolutionary imaging method"
28/08/2014
2. Universitat wien "Quantum physics enables revolutionary imaging method" 28/08/2014
3. Gabriela Barreto Lemos,Victoria Borish,Garrett D. Cole,Sven Ramelow,Radek Lapkiewicz & Anton Zeilinger, "Quantum imaging with undetected photons", Nature 512, 409–412,2014.
4.Wikipedia "Mach-Zehnder interferometer" 12/09/2014 http://en.wikipedia.org/wiki/Mach%E2%80%93Zehnder_interferometer
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