一組約翰霍普金斯大學的科學家最近突破了光與物質互動的規則，實現了更早期的疾病檢測。該團隊由機械工程教授 Ishan Barman 領導，發佈了一種新穎的觀察分子振動的方法，利用光來創造與分子結合的混合狀態，從而揭示出即使是微弱的信號。這一突破有可能徹底改變早期疾病檢測的方式，無論是感染、代謝疾病還是癌症等各類疾病，都能受益於這項技術。分子振動是分子內原子進行微小而獨特運動產生的，這些運動提供了前所未有的化學「指紋」，能夠更精確地識別不同的分子特徵。
在醫療領域，這種方法有潛力在血液、唾液或尿液中實現更早、更準確的疾病生物標誌物檢測。除了醫療用途，它還能改變製藥行業的生產方式，實現對複雜化學反應的實時監控，確保生產的一致性和安全性。此外，環境科學家也可以利用這一技術來檢測污染物或危險化合物，實現前所未有的可靠性和準確性。儘管紅外線和拉曼光譜等現有技術常用於檢測這些振動，但它們的信號往往微弱，容易被背景噪聲淹沒，並且在血液或組織等複雜環境中難以孤立。
Barman 表示，團隊的目標是克服在分子感測中長期存在的挑戰，即如何使光學檢測更敏感、更穩健，並更適應現實環境，而不是簡單改進傳統方法。相反，他們提出了一個更激進的問題：如果能重新設計光與物質的互動方式，以創造一種根本新的感測技術，會發生什麼？團隊使用高度反射的金鏡子形成光學腔體，將光束捕獲並反射，增強其與封閉分子的互動。這樣，困住的光場和分子振動形成了全新的量子狀態，稱為「振動極化子」。
這項研究在正常的現實條件下完成，無需依賴高真空、低溫或其他極端環境，這些環境通常是保持脆弱量子狀態所必需的。作為主要作者，約翰霍普金斯大學機械工程的副研究科學家 Peng Zheng 指出，這項工作將「量子振動極化子感測」從概念變為可行的平台，為新一類量子啟用的光學傳感器鋪平了道路。他表示，現在可以通過工程化分子周圍的量子環境，選擇性地增強它們的光學指紋，這是利用量子振動極化子狀態的結果。
這一研究通過以新的方式應用量子原則，並不依賴繁瑣的傳統基礎設施，標誌著在常規條件下的量子技術向前邁出了重要一步。Barman 展望未來，認為這種方法將導致緊湊的晶片級設備，能夠驅動便攜式診斷工具和基於人工智能的醫學測試。他強調，量子感測的未來並不僅限於實驗室，而是有望在醫療、生物製造等領域產生實際影響。這項研究得到了美國國家普通醫學科學研究所的支持，並且由國家標準與技術研究所的物理學家 Steve Semancik 擔任共同作者。
