物理学家展示了一种利用红外光远程探测大气气体的方法，而且从未直接探测红外光子本身。通过利用量子关联，该技术仅使用近红外探测器就能重建中红外吸收光谱，为污染物和温室气体的遥感开辟了新途径。
这项由日内瓦大学研究人员在arXiv上以预印本形式发表的研究，展示了使用”未检测光子”的远程开放光路傅里叶变换红外光谱技术。该技术依赖量子纠缠来推断从未被直接测量的光的特性。
工作原理
该方法从光子对源开始，通常是一个非线性晶体，通过自发参量下转换将单个高能光子分裂成两个较低能量的光子。这两个光子具有量子关联：一个在中红外波段，该波段承载大多数分子的特征吸收信号；另一个在近红外波段，该波段的探测器廉价、灵敏且可在室温下工作。
中红外光子沿开放路径穿过大气层，可能被目标分子吸收。其近红外孪生光子，即该技术名称中的”未检测”光子，被发送到标准探测器。由于两者是纠缠的，中红外光子携带的吸收信息会印刻在可检测的近红外伙伴上。
傅里叶变换干涉仪扫描光程差，从检测到的近红外光子的干涉图案中重建中红外吸收光谱。中红外光子本身从未被直接感知。
“中红外光谱是通过仅检测近红外辐射重建的，从而绕过了红外探测器的重要限制，”作者解释道。
突破：户外操作
此前该技术的演示仅限于实验室台面设置。日内瓦团队实现了根本性的不同：他们将光子发送到户外大气中43.4米的距离，这是该方法前所未有的距离。
他们能够检测到有意释放到开放路径中的丁烷，以及环境空气中存在的自然大气甲烷。
“这首次展示了使用未检测光子的红外光谱技术进行大气测量，”研究人员写道。
关键的工程创新是光子对和泵浦激光在同一光路上的共传播。这种设计简化了对准，使系统适用于现场部署，并允许探测光束在长距离传播的同时保持技术所需量子关联。
重要意义
红外光谱是识别和量化气体的黄金标准，每个分子都有独特的红外指纹，但中红外探测器价格昂贵，通常需要低温冷却，且灵敏度低于近红外探测器。
通过将检测转移到近红外波段，在此波段现成的硅探测器接近量子极限运行，该技术完全规避了这些限制。结果是一个比传统方法更便宜、更坚固、更灵敏的潜在系统。
其应用涵盖环境监测（工业场所的连续甲烷泄漏检测）、工业安全（逸散排放的遥感）和大气科学（高空间分辨率绘制温室气体浓度图）。
未来展望
43米的演示是概念验证，而非成品仪器。实际部署需要将光路长度延伸至数百或数千米，提高痕量浓度的信噪比，并缩小光学系统以适应现场使用。
但核心进展，证明量子关联传感不仅在恒温实验室中，而且在真实户外条件下也能工作，标志着”未检测光子”光谱学从量子奇观向现实世界应用候选技术的转变。
Reference: Neves, S., Armbruster, F., & Wolf, J.-P. (2026). “Remote Infrared Absorption Spectroscopy with Undetected Photons.” arXiv:2607.16419 [quant-ph].
婷 翻译