量子成像
量子成像研究在光场量子特性下所能达到的光学成像极限问题。

又称双光子成像(two-photon imaging)或关联成像(correlated imaging)，是一种利用双光子复合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术。

不同于经典成像，量子成像利用光场的量子力学性质，在量子水平上发展出新的光学成像和量子信息并行处理技术。

传统的光学观察是基于光场强度的分布测量，通过记录辐射场的光强分布从而获取目标的图像信息，关联光学则基于光场的强度的关联测量，并且现有的成像技术主要利用光场的一阶关联信息（强度与位相），而经典鬼成像利用的光场的二阶关联被认为是一种强度波动的统计相关，通过利用、控制(或模拟)辐射场的量子涨落来得到物体的图像，让一台高分辨率照相机为一个它本身并不能看到的物体成像。

EPR佯谬（Einstein-Podolsky-Rosen paradox）是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森1935年为论证量子力学的不完备性而提出的一个悖论（佯谬），这一悖论涉及到如何理解微观物理实在的问题。

爱因斯坦等人认为，如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的，那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量，即完备性判据；当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。

EPR实在性判据包含着“定域性假设”，即如果测量时两个体系不再相互作用，那么对第一个体系所能做的无论什么事，都不会使第二个体系发生任何实在的变化，人们通常把和这种定域要求相联系的物理实在观称为定域实在论。

他们认为，量子力学不满足这些判据，所以是不完备的。

围绕着EPR悖论，物理学界和哲学界一直有争论，N.玻尔对EPR实在性判据中关于“不对体系进行任何干扰”的说法提出异议，认为在测量过程中虽然没有对B施加力学干扰，但由于作用量子的不可分性，微观体系和测量仪器构成了一个整体，测量安排是确定一个物理量的必要条件，而对体系未来行为所预言的可能类型正是由这些条件决定的。

这样，EPR关联性就可以在量子力学范围内得到合理的解释，玻尔用互补性原理的思想作出了回答，第一个体系上进行实验的选择决定了对第二个体系作出预言的类型，对于互不相容的实验的可能结果进行比较是得不出任何结论的，对粒子1进行坐标和动量的测量是互相排斥的，因此对第二个粒子的坐标和动量的预言也是互相排斥的。

玻尔的回答没有使爱因斯坦信服，他坚信两个在空间上远离的物体的真实状态是彼此独立的，即“定域性要求”。

爱因斯坦明确反对两个粒子间的量子力学关联，称之为“鬼魅般的超距作用”。

爱因斯坦和玻尔观点的争论发展到20世纪40年代，多数物理学家赞成玻尔的观点，进一步地明确解决是在贝尔不等式的出现及其精确验证之后。

20世纪70年代以来，根据对J.贝尔提出的定域隐变量理论关于相关体系的关联度的判别式，倾向于否定建立在定域性假设基础上的定域隐变量理论，从而增加了人们对定域实在论的怀疑。

这意味着把世界看作由空间上分离的，独立存在的各部分组成的看法不一定普遍成立，支持了关于世界是普遍联系的、不可分割的整体的观点。

作为EPR佯谬争端的一个结论，纠缠光子对的空间非定域特性得到了广泛的认同。

这种奇特的性质引发了与量子信息相关的研究。

1993年巴西科学家通过实验发现，采用纠缠热光源，通过复合计数，能使原本由于退相干而消失的杨氏干涉条纹，重新呈现在包含杨氏双缝的光路上；而稍早，俄国科学家采用同样的手段，使得物体的边缘衍射条纹，呈现在并不包含物体的光路上。

此后，有关非局域量子成像的研究迅速开展起来。

“非局域”，指通过一定的手段，使像在并不包含物体的光路上生成；因此这种成像的方式也叫“鬼成像”。

曾一度认为，只有基于纠缠态双光子的纠缠光源，才能实现鬼成像；但近年来的研究表明，经典热光场也能实现这一过程。

从经典统计光学入手，建立了热光场的数值模型，模拟符合热光特性的光场变化、光场传播、以及物体透射函数对热光场的调制，进而从光强度起伏的关联函数中，分别重现振幅型物体和纯相位型物体的傅里叶变换图像；通过与真实实验结果的对比，基于统计光学原理的该数值模型所预测的实验结果，与真实的实验结果完全一致，这表明，基于统计光学的无透镜鬼成像亦可以实现。

激光照射晶体产生下参量转换hv=hv1+hv2，产生一定概率的纠缠光子，一束照到物体反射到探测器，一束直接到探测器，两路信号进行关联计算，计算机程序比较从物体和光源得到的不同图像，并进行合成。

这会产生一个“鬼像”，即这一物体的一张黑白或彩色照片。

早期的“鬼像”是轮廓像，但目前的“鬼像”已较为逼真。

陆军研究实验所的量子物理学家罗恩·迈耶斯和他的团队在陆军研究实验所的量子实验室中得到的第一张“鬼像”，是一个不透明物体的图像。

迈耶斯说：“我认为，或者说我希望，若干年后，会出现这样的情景：一名军人使用一台量子鬼成像机，透过战场上的硝烟，辨清敌友。

”迈耶斯表示鬼成像技术在军事领域还有其他应用：鬼成像传感器也许可以使直升机或无人机获得能评估投下的炸弹所造成的破坏程度的图像；在医学领域和搜救行动中，也能利用这种成像技术，即可以采用非相干X射线源，来实现以往只能利用相干X射线才能完成的、具有纳米分辨率的衍射成像。

量子鬼成像技术可以使用几乎任何光源—荧光灯泡、激光甚至太阳，能避免云、雾和烟等使常规成像技术无能为力的气象条件的干扰，从而获得更为清晰的图像。

量子成像的优点是1.基于光场的强度的关联测量，利用光场的二阶关联，通过利用、控制(或模拟)辐射场的量子涨落来得到物体的图像，让一台高分辨率照相机为一个它本身并不能看到的物体成像，突破衍射极限，属于近场成像。

2.微波照到物体（波长长、传输远、分辨率低），可见光到探测器（分辨率高），探测信号与成像信号分离，可以穿云透雾。

缺点是1.现在纠缠态量子成像发展没有达到预期效果，作用距离只有几十米，成像为二值图像，分辨率低。

2.纠缠态量子产生概率低、亮度低、信噪比差、对光源要求高。

3.光子传播过程中容易产生退化或湮灭。

4.探测手段有限，只能探测到光子的能量，不能探测其自旋方向、动量和偏振特性等。

未来量子成像还需要很长时间的发展，并依赖于激光器、材料和探测器等的发展。