已实现的量子鬼成像装置的示意图。(a)纠缠双光子是通过NLC的自发参量下转换 (SPDC) 产生的。纠缠的光子在空间上是被分离开的，每个光子都被成像到一个SLM 上，所需的全息图显示在每个SLM上。在两条路径之间进行符合测量，符合测量的结果用于重建物体的图像。对于每个物体，需要进行两次符合测量，如(b)图中的数值模拟。然后将这两个图像结合起来，这样就可以揭示总相位。(c) 显示了实验中使用的仅有数字相位的物体，而(d)中重建的模拟图像显示了数字物体的预期表现
当要形成一个物体的图像时，例如手机拍摄的照片，手机中的探测器需要捕获与物体相互作用时透过或反射的光线。大约25年前，科学家们设计了另一种不太直接的方法来做这件事情。在传统的形式中，通过结合一个捕获与物体相互作用的光和一个根本没有与物体相互作用的光的信息，从而利用两个探测器收集的信号。然而，正是那些从未与物体相互作用的光被用来获取图像，因此该技术被称为“鬼成像”。
当使用纠缠光时，可以利用量子特性在非常低的光照度下进行成像，这在观察生物成像中的光敏样品时是一个很大的优势，因为过多的光剂量会损坏或改变样品，从而破坏人们希望看到的东西，这在该领域是一个相当大的难题。使用直接或间接成像形成的图像是让多少光通过的结果，因此是物体透明度的结果。然而，物体可以与光发生另一种类型的相互作用，这可以揭示一些重要信息并显示丰富的特征。
这就是通过的光的加速或减速，表现为相位。这意味着你可以看到正在成像的物体的更多特征和属性，例如厚度变化（提供一个三维信息）或者如果里面有不同的透明材料，其折射率变化足够大，它改变了光的相位。而且由于这是来自于所有通过的光线，你将无法以传统的方式来检测它，往往需要复杂的策略才能做到这一点。南非威特沃特斯兰德大学（金山大学）结构光学实验室的研究人员最近开发了一种方法，通过利用传统量子鬼成像中的“副作用”，以一种非常简单的方式实现这一目标，该研究成果已经发表在《Optica》杂志上。
金山大学的实验室负责人 Andrew Forbes教授说：“我们可以看到相位，这是物体的一个隐藏特征，通常是很难揭示的，但是如果可以显示的话，它有非常广的应用前景。例如，LIGO 就是这样检测引力波的。现在我们可以很容易地显示物体的隐藏相位，让人们了解生命系统的内部结构，带来三维（厚度）而不仅仅是常规物体的二维信息，并为量子计量学开辟新的方法——量子版的LIGO，等等”。要从这里的非交互光中检测“鬼”图像，研究人员可以选择两种方法。一种是使用电荷耦合器件 (CCD)，就像你手机中的那样，但要高度“强化”以便将最小形式的光视为光子。然而，同样这也使得价格变得非常高昂。
另一种选择可以是一个简单的“单像素”探测器，它只能看到收集了多少光而不能提供任何空间信息。在这里，让光在选定位置通过的掩膜现在可以被放置和更改在这个探测器前面，以揭示空间信息，并允许人们通过将所有这些信息加在一起来重建图像。这使得被检测光的波长和效率方面有了更多的通用性，同时价格也低得多。事实上，这是在开发更灵敏的相机之前使用的方法，也是该团队用来探测相位信息的方法。
Forbes说："进一步和LIGO做类比，你可能会认为，要看到相位是非常复杂和昂贵的。事实上，这也是量子世界的情况，现有的方法使用高分辨的相机和复杂的光学系统，这些都是笨重和昂贵的。我们的方法使我们只用一个像素探测器就能看到所有这些东西，这使得用一个基本上没有分辨率的探测器就可以实现出色的分辨率。我们通过一个以前没有人实现的数字化技巧来实现这一目标。这种隐藏的相位信息一直存在，但你必须知道在哪里寻找它。"
他们通过实现某些你构造的掩模对相位天然敏感，并且可以智能地设计，以揭示完整详细的相位结构以及通常使用该技术的常规信息。这样一来，在用量子光源进行单像素成像时，样品的成像方式就多了一层用处，使人们有可能看到三维信息，可以揭示物体的厚度或厚度，甚至是透明的物体。
论文的第一作者Bereneice Sephton说："我们发现信息一直隐藏在方法中，只要稍加调整就能让你看到非常丰富和有趣的特征，我们希望这可以用于对敏感的生物样本进行成像，以看到它们的特征和属性，但是如果没有这种方法，就需要更复杂或昂贵的手段。"这个项目是与结构光学实验室的同事Isaac Nape、Chane Moodley和Jason Francis博士一起开展的。
