粒子操作一直是加强材料研究的散射和显微镜方法的关键。鉴于这一策略，研究人员将量子技术和显微镜结合起来，在原子水平上研究粒子和分子，这是使用传统显微镜所无法实现的。

基于量子现象的量子显微镜，如光子或电子纠缠，在原子尺度上测量粒子和它们的属性。

大多数显微镜采用光或激光来照亮和看到半透明或透明的材料。虽然某些样品可以承受高辐射水平，但其他样品非常脆弱，会被高强度的光破坏，因此很难对其进行分析。

最简单的解决方案是降低光强度。但不幸的是，这样做会使图像变得嘈杂和模糊，这可能会掩盖重要的特征，否则会给观察者提供有价值的信息。

量子显微镜通过使用纠缠光子的建设性干涉恢复材料的图像来克服这一挑战。它结合了产生超纠缠空间极化光子的量子源、具有宽视野的无透镜干涉显微镜和单光子雪崩二极管阵列相机，以实现原子水平的粒子。

历史

第一台显微镜是由荷兰镜头制造商Zacharias Janssen在17世纪之交发明的。这一创新导致了细胞和细菌的发现。

1981年，IBM苏黎世实验室的Heinrich Rohrer和Gerd Binnig开发了基于复杂量子模型的扫描隧道显微镜，对显微镜的尺度进行了新的限制，使其从微观到纳米尺度，代表了一场量子显微镜革命。

量子显微镜的应用

量子显微镜能够提供众多的表征和成像方式，对材料在纳米到量子尺度的行为和结构提供了有希望的新见解。

图案化薄膜的机械性能

使用量子显微镜检查纳米尺度的声学行为，揭示了长度尺度小到几纳米的物体的应力和应变的细节，而这些细节是使用物理和机械表征技术难以获得的。

材料性能和动力学

纳米结构介质和量子材料的电、磁和弹性特性可以通过使用超快激光脉冲的飞秒到皮秒的时间响应来进行研究。

量子显微镜作为分子的核磁共振仪
量子显微镜使科学家能够调查和研究DNA如何在细胞内折叠和缠绕，以及药物如何在细菌或细胞内发挥作用。它能生成每个原子离子的图像，甚至是在液体溶剂中的图像，并在不干扰生物反应的情况下描述其特征。

科学家们早就期待着这样一种成像技术，在没有侵入性干预的情况下无害地查看分子互动和细胞结构。

最近的研究和发展

能看清不可见物的量子显微镜
昆士兰大学的研究人员创造了一种量子显微镜，可以看到以前看不见的细胞结构。

他们提出利用量子光子的相关性，在不增强光强度的情况下增强生物成像。结果，他们获得了比传统显微镜高35%的信噪比。

Q-MIC联盟在不造成光损害的情况下增强了灵敏度
Q-MIC项目 "联盟、光子科学研究所、微光子设备公司、米兰理工大学和弗劳恩霍夫IOF已经开发出一种量子增强显微镜。

与传统显微镜不同，这种显微镜采用极低的光强度来检查材料的广泛区域，提高了分辨率和灵敏度，而不会造成光损伤。

量子显微镜原型指向新型传感和成像

随着量子技术的发展，新型的显微镜成为可能；这些显微镜可以检测电流、磁场波动，甚至是表面的原子粒子。由Jean-Philippe Titian博士和Igor Aharonovich教授领导的澳大利亚研究人员设计了这种显微镜的原型，显示了高分辨率的灵敏度。

研究人员采用了原子级的六方氮化硼（hBN）薄层，而不是用于量子实验的巨大晶体。这使得在环境下扫描铁磁体的磁场成为可能，而这在以前是不可能的。

对单个原子进行成像
斯图加特大学的一个研究小组创造了一个基于离子光学的量子显微镜，可以产生亚原子粒子的图像。他们的显微镜没有利用一个弯曲的表面来集中光线，而是采用了一个静电透镜来引导电场中离子的轨迹。

结果，他们的显微镜能够捕捉到从6.79微米到0.52微米的特征，它们之间有532纳米的间隙，足以让单个原子成像。

量子显微镜的未来

最近量子显微镜的突破在克服传统技术障碍和提供卓越的成像质量方面显示出巨大的前景。

量子显微镜将使不同科学领域的新研究得到发展。一个值得注意的例子包括发现DNA的形状，因为双螺旋结构只在理论计算中被证明过，但从未被实现过。

这些发现将为发现和理解物体的性质开辟一个新的可能性世界。由于这个原因，量子显微镜现在和将来都是那些想超越眼睛的人的一个很好的工具。

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Written by Owais Ali