曾经，全息图只是一种科学上的罕见而有趣之物。但是，由于激光的飞速发展，它们已逐渐出现在我们现实生活中，出现在护照和钞票的安全图像上，科幻电影中（最令人难忘的是《星球大战》）。
全息术是记录被物体散射并以三维方式呈现的光的照相过程。这项发现由匈牙利-英国物理学家丹尼斯·加伯（Dennis Gabor）于20世纪50年代初发明，后来获得了1971年诺贝尔物理学奖。
除钞票、护照外，全息照相术已成为其他实际应用（包括数据存储，生物显微镜，医学成像和医学诊断）的重要工具。
在一种称为全息显微术的技术中，科学家制作全息图来解读组织和活细胞中的生物机制。例如，这项技术通常被用于分析红细胞，以检测是否存在疟原虫，并为体外受精过程鉴定精子细胞。
但是现在我们发现了一种新型的量子全息术，可以克服传统全息术方法的局限性。
这一突破性发现可能会改善医学成像，并加速量子信息科学的发展。这是一个涵盖了所有基于量子物理学的技术的科学领域，包括量子计算和量子通信。
全息图如何工作
经典的全息术通过将一束激光分成两条路径来创建三维物体的二维渲染。第一个光束的路径，即被称为物体光束，通过照相机或特殊的全息胶片收集的反射光照亮全息对象。第二光束的路径（称为参考光束）从镜子直接反射到采集表面，而不会接触到被摄对象。
全息图是通过测量两束光束相交处的光相位差来创建的。相位是被摄物和被摄物光束的波相互混合和干扰的量。干扰现象有点像游泳池表面的波浪，在空间中会形成复杂的波浪模式，其中包含波浪互相抵消（波谷）和波及彼此相交（波峰）的两个区域。
干涉通常要求光是“相干的”——在任何地方都有相同的频率。例如，激光发出的光是相干的，这就是为什么在大多数全息系统中使用这种光的原因。
全息纠缠
因此，光学相干性对于任何全息过程都是至关重要的。但是，我们的新研究通过利用光子之间称为光子的“量子纠缠”来解决全息照相中相干性的需求。
常规全息术基本上依赖于光学相干性，因为，首先，光必须干涉才能产生全息图，其次，光必须相干干涉。但是，第二部分并不完全正确，因为某些类型的光既可能是非相干的又会产生干涉。
由纠缠光子构成的光就是这种情况，它是由量子源以成对分组的粒子流（纠缠光子）的形式发射的。
这些对具有称为量子纠缠的独特性质。当两个粒子纠缠在一起时，它们本质上是相连的，即使它们在空间上可能分开，它们也有效地充当单个对象。结果，对一个纠缠粒子执行的任何测量都会影响整个纠缠系统。
在我们的研究中，每对中的两个光子被分离并沿两个不同的方向发送。
一个光子被发送到一个对象，该对象可能是例如载有生物样品的显微镜载玻片。当它撞击物体时，光子将略微偏离或减慢一点，具体取决于它穿过的样品材料的厚度。但是，作为量子物体，光子具有令人惊讶的特性，不仅表现为粒子，而且表现为波。
这种波粒二象性使它不仅能在物体撞击的精确位置探测物体的厚度（就像一个较大的粒子所做的那样），而且能一次测量整个物体的厚度。样品的厚度——因此它的三维结构——被“印在”光子上。
由于光子纠缠在一起，因此，印在一个光子上的投影同时被两个光子共享。干扰现象随后发生在远端，而无需重叠光束，并且通过使用单独的相机检测两个光子并测量它们之间的相关性，最终获得了全息图。
这种量子全息方法最令人印象深刻的方面是，即使光子从不相互作用，并且可以通过任何距离（称为"非本地性"）分离，并且由于光子之间存在量子纠缠而启用，也会发生干扰现象。
所以我们测量的物体和最终的测量可以在地球的两端进行。
除此之外，在全息系统中使用纠缠代替光学相干性具有更好的稳定性和抗噪性等实际优势。这是因为量子纠缠是一种本质上难以获得和控制的性质，因此具有对外部偏差不太敏感的优点。
这些优点意味着我们可以产生质量比目前的显微镜技术更好的生物学图像。很快，这种量子全息方法可以用来揭示以前从未观察到的细胞内部的生物学结构和机制。
