การถ่ายภาพแบบโกสต์ (เรียกอีกอย่างว่า "การถ่ายภาพแบบเกิดความบังเอิญ" "การถ่ายภาพแบบสองโฟตอน" หรือ "การถ่ายภาพแบบโฟตอนสัมพันธ์กัน") เป็นเทคนิคที่สร้างภาพของวัตถุโดยการรวมข้อมูลจากตัวตรวจจับแสงสองตัว ได้แก่ ตัวตรวจจับ แบบหลายพิกเซล ทั่วไป ที่ไม่มองเห็นวัตถุ และ ตัวตรวจจับ แบบพิกเซลเดียว (แบบถัง) ที่มองเห็นวัตถุ^{[ 1 ]}มีการสาธิตเทคนิคสองวิธี วิธี ควอนตัมใช้แหล่งกำเนิดคู่ของโฟตอนที่พันกัน โดยแต่ละคู่จะถูกแบ่งปันระหว่างตัวตรวจจับทั้งสอง ในขณะที่วิธีคลาสสิกใช้ลำแสงโคherent ที่สัมพันธ์กันคู่หนึ่งโดยไม่ใช้ประโยชน์จากการพันกัน ทั้งสองแนวทางสามารถเข้าใจได้ภายในกรอบของทฤษฎีเดียว^{[ 2 ]}

การสาธิตการสร้างภาพแบบโกสต์ครั้งแรก ซึ่งดำเนินการโดย TB Pittman, YH Shih, DV Strekalov และ AV Sergienko ในปี 1995 นั้น อาศัยความสัมพันธ์เชิงควอนตัมระหว่างคู่โฟตอนที่พันกัน^{[ 3 ]}โฟตอนตัวหนึ่งในคู่จะกระทบกับวัตถุแล้วจึงกระทบกับตัวตรวจจับแบบถัง ในขณะที่อีกตัวหนึ่งจะเดินทางไปตามเส้นทางที่แตกต่างกันไปยังกล้อง (แบบหลายพิกเซล) กล้องถูกสร้างขึ้นเพื่อบันทึกเฉพาะพิกเซลจากคู่โฟตอนที่พันกันซึ่งกระทบทั้งตัวตรวจจับแบบถังและระนาบภาพ ของกล้อง (ตรงข้ามกับคู่โฟตอนที่พันกันซึ่งตัวหนึ่งกระทบกับระนาบภาพ แต่อีกตัวหนึ่งไม่กระทบกับตัวตรวจจับแบบถัง ซึ่งจะไม่ถูกบันทึก) จากนั้นคู่โฟตอนที่พันกันจำนวนมากที่ถูกบันทึกจะค่อยๆ ก่อตัวเป็นภาพที่สมบูรณ์

การทดลองในภายหลังแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างลำแสงที่กระทบกล้องและลำแสงที่กระทบวัตถุอาจอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์คลาสสิกล้วนๆ^{[ 4 ]}หากมีความสัมพันธ์เชิงควอนตัมอยู่อัตราส่วน สัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ของภาพที่สร้างขึ้นใหม่สามารถปรับปรุงได้ ในปี 2552 ได้มีการสาธิต 'การสร้างภาพผีแบบเสมือนความร้อน' และ ' การเลี้ยวเบน แบบผี ' โดยการนำแผนการ 'การสร้างภาพผีเชิงคำนวณ' มาใช้^{[ 5 ]}ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการอ้างถึงข้อโต้แย้งความสัมพันธ์เชิงควอนตัมสำหรับกรณีแหล่งกำเนิดเสมือนความร้อน^{[ 6 ]}

เมื่อเร็วๆ นี้ ได้มีการแสดงให้เห็นว่าหลักการของ'การตรวจจับแบบบีบอัด'สามารถนำมาใช้โดยตรงเพื่อลดจำนวนการวัดที่จำเป็นสำหรับการสร้างภาพขึ้นใหม่ในการถ่ายภาพแบบโกสต์^{[ 7 ]}เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถสร้างภาพ N พิกเซลได้โดยใช้การวัดน้อยกว่า N ครั้ง และอาจมีการประยุกต์ใช้ใน LIDARและกล้องจุลทรรศน์

ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯ ( ARL) ได้พัฒนาการถ่ายภาพโกสต์ระยะไกลในปี 2550 โดยมีเป้าหมายเพื่อนำเทคโนโลยีขั้นสูงไปใช้กับภาคพื้นดินดาวเทียมและยานบินไร้คนขับ [ ^{8 ] โร}นัลด์ อี. เมเยอร์ส และคีธ เอส. ดีคอน จาก ARL ได้รับสิทธิบัตรในปี 2556 สำหรับ เทคโนโลยี การถ่ายภาพควอนตัม ของพวกเขา ที่เรียกว่า "ระบบและวิธีการสำหรับการปรับปรุงและพัฒนาภาพ" ^{[ 9 ]}นักวิจัยได้รับรางวัลความสำเร็จด้านการวิจัยและพัฒนาของกองทัพบกสำหรับการวิจัยที่โดดเด่นในปี 2552 ด้วยภาพโกสต์แรกของวัตถุระยะไกล^{[ 10 ]}

ตัวอย่างง่ายๆ อธิบายหลักการพื้นฐานของการถ่ายภาพแบบโกสต์ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น^{[ 11 ]}ลองนึกภาพกล่องโปร่งใสสองกล่อง กล่องหนึ่งว่างเปล่าและอีกกล่องหนึ่งมีวัตถุอยู่ภายใน ผนังด้านหลังของกล่องว่างเปล่ามีตารางพิกเซลจำนวนมาก (เช่น กล้อง) ในขณะที่ผนังด้านหลังของกล่องที่มีวัตถุเป็นพิกเซลเดี่ยวขนาดใหญ่ (ตัวตรวจจับแบบถัง) จากนั้น ส่อง แสง เลเซอร์เข้าไปในตัวแยกแสงและสะท้อนลำแสงทั้งสองที่ได้มาเพื่อให้แต่ละลำแสงผ่านส่วนเดียวกันของกล่องนั้นๆ ในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ลำแสงแรกผ่านกล่องว่างเปล่าไปกระทบพิกเซลที่มุมบนซ้ายด้านหลังของกล่อง ลำแสงที่สองจะผ่านกล่องที่บรรจุวัตถุไปกระทบมุมบนซ้ายของตัวตรวจจับแบบถัง

ลองนึกภาพการเคลื่อนลำแสงเลเซอร์ไปรอบๆ เพื่อให้กระทบกับพิกเซลแต่ละพิกเซลที่ด้านหลังของกล่องเปล่า ในขณะเดียวกันก็เคลื่อนลำแสงเลเซอร์อีกอันไปรอบๆ กล่องที่มีวัตถุอยู่ ลำแสงแรกจะกระทบกับพิกเซลที่ด้านหลังของกล่องเปล่าเสมอ แต่ลำแสงที่สองบางครั้งอาจถูกวัตถุขวางและไม่สามารถไปถึงตัวตรวจจับได้ ตัวประมวลผลที่รับสัญญาณจากตัวตรวจจับแสงทั้งสองจะบันทึกพิกเซลของภาพก็ต่อเมื่อแสงกระทบกับตัวตรวจจับทั้งสองพร้อมกันเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ เราสามารถสร้างภาพเงาได้ แม้ว่าแสงที่พุ่งไปยังกล้องหลายพิกเซลจะไม่กระทบกับวัตถุก็ตาม

ในตัวอย่างง่ายๆ นี้ กล่องทั้งสองจะถูกส่องสว่างทีละพิกเซล อย่างไรก็ตาม การใช้ความสัมพันธ์เชิงควอนตัมระหว่างโฟตอนจากลำแสงทั้งสอง สามารถบันทึกภาพที่ถูกต้องได้โดยใช้การกระจายแสงที่ซับซ้อน นอกจากนี้ ยังสามารถบันทึกภาพที่ถูกต้องได้โดยใช้เพียงลำแสงเดียวที่ผ่านตัวปรับแสงที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ไปยังตัวตรวจจับพิกเซลเดียว^{[ 6 ]}

ในปี 2012 นักวิทยาศาสตร์ ของ ARLได้พัฒนาลำแสงที่ปราศจากการเลี้ยวเบน หรือที่เรียกว่า การส่องสว่างด้วยลำแสง เบสเซลในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2012 ทีมงานได้สรุปการศึกษาความเป็นไปได้ของการสร้างภาพเสมือนโดยใช้ลำแสงเบสเซล เพื่อแก้ไขปัญหาในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยที่มีทัศนวิสัยจำกัด เช่น น้ำขุ่น ใบไม้ในป่า หรือบริเวณมุม^{[ 10 ] [ 12 ]}ลำแสงเบสเซลสร้างรูปแบบวงกลมศูนย์กลาง เมื่อลำแสงถูกปิดกั้นหรือบดบังตามเส้นทาง รูปแบบดั้งเดิมจะก่อตัวขึ้นใหม่ในที่สุดเพื่อสร้างภาพที่ชัดเจน^{[ 13 ]}

กระบวนการแปลงพารามิเตอร์แบบสุ่ม (SPDC) ให้แหล่งที่มาที่สะดวกของคู่โฟตอนที่พันกันซึ่งมีความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ที่แข็งแกร่ง^{[ 14 ]}โฟตอนเดี่ยวที่ประกาศเหล่านี้สามารถใช้เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน สูง ซึ่งแทบจะกำจัดจำนวนพื้นหลังออกจากภาพที่บันทึกไว้ การใช้หลักการบีบอัดภาพและการสร้างภาพใหม่ที่เกี่ยวข้อง สามารถสร้างภาพวัตถุคุณภาพสูงจากข้อมูลดิบได้ โดยมีโฟตอนที่ตรวจพบเฉลี่ยน้อยกว่าหนึ่งโฟตอนต่อพิกเซลภาพ^{[ 15 ]}

กล้องอินฟราเรดที่รวมสัญญาณรบกวนต่ำเข้ากับความไวต่อโฟตอนเดี่ยวหาได้ยาก การส่องสว่างอินฟราเรดของเป้าหมายที่เปราะบางด้วยโฟตอนจำนวนน้อยสามารถรวมเข้ากับกล้องที่นับโฟตอนที่มองเห็นได้โดยใช้การถ่ายภาพแบบโกสต์ด้วยโฟตอนที่สัมพันธ์กันซึ่งมีความยาวคลื่นต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งสร้างขึ้นโดยกระบวนการ SPDC ที่ไม่เสื่อมสภาพ อย่างมาก โฟตอนอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรส่องสว่างเป้าหมายและถูกตรวจจับโดยไดโอดอะวาแลนซ์โฟตอนเดี่ยว InGaAs/InP ข้อมูลภาพจะถูกบันทึกจากโฟตอนที่มองเห็นได้ซึ่งตรวจพบพร้อมกันและสัมพันธ์กับตำแหน่งซึ่งมีความยาวคลื่น 460 นาโนเมตรโดยใช้กล้องนับโฟตอนที่มีประสิทธิภาพสูงและมีสัญญาณรบกวนต่ำ ด้วยวิธีนี้จึงสามารถถ่ายภาพตัวอย่างทางชีวภาพที่ไวต่อแสงได้^{[ 16 ]}

การสร้างภาพโกสต์กำลังได้รับการพิจารณาเพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในระบบตรวจวัดระยะไกลในฐานะคู่แข่งที่เป็นไปได้ของเรดาร์ เลเซอร์สร้างภาพ ( LIDAR ) การเปรียบเทียบประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีระหว่างเครื่องสร้างภาพโกสต์แบบพัลส์เชิงคำนวณและเรดาร์เลเซอร์สร้างภาพแบบพัลส์ที่ใช้แสงส่องสว่างได้ระบุสถานการณ์ที่ระบบสร้างภาพโกสต์แบบสะท้อนแสงมีข้อได้เปรียบ^{[ 17 ]}

การถ่ายภาพแบบโกสต์ได้รับการสาธิตสำหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์โฟตอนที่หลากหลาย การทดลองการถ่ายภาพแบบโกสต์สำหรับรังสีเอกซ์พลังงาน สูง เพิ่งประสบความสำเร็จโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับจาก European Synchrotron ^{[ 18 ]} ในที่นี้ พัลส์รังสีเอกซ์แบบจุดจากกลุ่มอิเล็กตรอนซิงโครตรอนแต่ละกลุ่มถูกใช้เพื่อสร้างฐานภาพโกสต์ ทำให้สามารถพิสูจน์แนวคิดสำหรับการถ่ายภาพแบบโกสต์รังสีเอกซ์เชิงทดลองได้ ในขณะเดียวกันกับที่รายงานการทดลองนี้ตัวแปรของการถ่ายภาพแบบโกสต์รังสีเอกซ์ในพื้นที่ฟูริเยร์ ก็ได้รับการตีพิมพ์ ^{[ 19 ]}การถ่ายภาพแบบโกสต์ยังได้รับการเสนอสำหรับการใช้งาน X-ray FEL อีกด้วย^{[ 20 ]}การถ่ายภาพแบบโกสต์แบบคลาสสิกด้วยการตรวจจับแบบบีบอัดยังได้รับการสาธิตด้วยอิเล็กตรอน ที่มีความเร็วสูงมากอีก ด้วย^{[ 21 ]}

• กล้องควอนตัมถ่ายภาพวัตถุที่มัน "มองไม่เห็น"โดย เบลล์ ดูม, นิวไซเอนทิสต์, 2 พฤษภาคม 2551 เข้าถึงเมื่อกรกฎาคม 2551
• กองทัพอากาศสาธิตเทคโนโลยี 'Ghost Imaging'โดย Sharon Weinberger, Wired, 3 มิถุนายน 2551 เข้าถึงเมื่อกรกฎาคม 2551
• นักวิทยาศาสตร์กองทัพบกได้รับสิทธิบัตร 19 ฉบับ นำไปสู่ความก้าวหน้าด้านการถ่ายภาพควอนตัมข่าวจากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบก 19 ธันวาคม 2013 เข้าถึงเมื่อ กุมภาพันธ์ 2014