世界很精彩， 但我們人類的眼睛卻只能看到其中很少的一部分， 幸好人類聰明， 發明了各式各樣的觀測設備來彌補自己眼睛的不足， 例如顯微鏡就能夠將我們原本不可能看到的微觀世界展現在人類的眼前。
顯微鏡可以說是人類最偉大的發明之一， 在過去的日子裡， 科學家一直在致力於顯微鏡的改進， 直到現在也仍然如此。
2021年6月9日， 一篇發表在《自然》雜誌上的論文顯示， 又一種新型量子顯微鏡問世了， 該論文來自于昆士蘭大學的一個研究團隊。 該團隊的科學家稱：利用這種顯微鏡， 研究人員能看到「以前不可能看到的結構」。 我們來看看具體是怎麼回事。
從粒子物理學的角度來講， 光學顯微鏡觀測的其實就是特定的光子， 顯而易見的是， 被觀測目標的尺寸越小， 光子的數量就越少。 由於「背景雜訊」的存在， 這些光子就會變得越來越難區分， 於是顯微鏡看到的物體也就會越來越模糊， 當被觀測目標的尺寸小到一定程度的時候， 光子就會被淹沒在「背景雜音」之中， 於是我們就什麼都看不到了。
（注：「背景雜訊」可以簡單地理解為充斥在空間中的各式各樣的光子）
怎麼辦呢？一個簡單有效的方法就是增加光子的密度。
然而鐳射顯微鏡雖好， 卻不適合用於對微小的生命結構（如細胞、微生物等等）的觀測， 原因很簡單：鐳射的能量太高了， 生命結構承受不了。
也就是說， 雖然鐳射顯微鏡的分辨能力是能夠看清楚那些微小的生命結構的， 但只要用鐳射顯微鏡一「看」， 觀測目標的分子結構就被鐳射破壞了， 所以還是看不到。 由於同樣的原因， 鐳射顯微鏡也不適合觀測那些對光線敏感的材料。
這就比較尷尬了， 於是科學家就開始想辦法解決這個問題， 而前面提到的新型量子顯微鏡就是一種解決辦法。
新型量子顯微鏡是怎麼解決上述問題的？相信大家或多或少地都聽過「量子糾纏」， 簡單來講就是， 微觀粒子總是會處於一種「量子疊加態」，
當兩個未被觀測的微觀粒子在經過特定的相互作用之後， 就會處於一種神奇的「糾纏態」， 彼此之間會產生一種無視距離的聯繫， 具體表現為測量了其中的一個， 另一個的「量子疊加態」也會瞬間坍塌，並且總是表現出與被測量的那個微觀粒子相對應的狀態，例如被測量的粒子的自旋確定為「上旋」，那麼另一個粒子的自旋就必定是「下旋」。
這種新型量子顯微鏡就是利用了「量子糾纏」的特性，在進行觀測的時候，這種裝置會向被觀測的目標發射大量的處於「糾纏態」狀態的光子對，然後偵聽反射。
根據該研究團隊科學家的介紹，由於處於「糾纏態」的光子非常相似，並且彼此對應，因此很容易將它們從「背景雜訊」中區分出來，在這種情況下，就不需要再去增加光子的密度，所以就可以看到「以前不可能看到的結構」了。
雖然原理相對比較簡單，但要將其實現還是有很大的難度，例如如何製造足夠的「糾纏光子」，如何去進行有效的偵聽等等，不過這些難題已經被科學家一一克服。
上圖中的左側圖像是利用新型量子顯微鏡觀測到酵母細胞內的一部分，右側圖像則是來自于普通顯微鏡的觀測，可以看到，左側的圖像明顯比右側要清晰得多，並且還可以看到更多的結構。
科學家指出，這種量子科技並不是只能用於顯微鏡，從理論上來講，很多領域都可以利用這種技術，例如雷達探測、全球定位、自動導航等等。
另一個的「量子疊加態」也會瞬間坍塌，並且總是表現出與被測量的那個微觀粒子相對應的狀態，例如被測量的粒子的自旋確定為「上旋」，那麼另一個粒子的自旋就必定是「下旋」。這種新型量子顯微鏡就是利用了「量子糾纏」的特性，在進行觀測的時候，這種裝置會向被觀測的目標發射大量的處於「糾纏態」狀態的光子對，然後偵聽反射。
根據該研究團隊科學家的介紹，由於處於「糾纏態」的光子非常相似，並且彼此對應，因此很容易將它們從「背景雜訊」中區分出來，在這種情況下，就不需要再去增加光子的密度，所以就可以看到「以前不可能看到的結構」了。
雖然原理相對比較簡單，但要將其實現還是有很大的難度，例如如何製造足夠的「糾纏光子」，如何去進行有效的偵聽等等，不過這些難題已經被科學家一一克服。
上圖中的左側圖像是利用新型量子顯微鏡觀測到酵母細胞內的一部分，右側圖像則是來自于普通顯微鏡的觀測，可以看到，左側的圖像明顯比右側要清晰得多，並且還可以看到更多的結構。
科學家指出，這種量子科技並不是只能用於顯微鏡，從理論上來講，很多領域都可以利用這種技術，例如雷達探測、全球定位、自動導航等等。