X射線顯微鏡使用軟X射線帶中的電磁輻射來產生物體的放大圖像。由於X射線會穿透大多數物體，因此無需專門為X射線顯微鏡觀察做準備。與可見光不同，X射線不易反射或折射，並且人眼看不見。因此，X射線顯微鏡會曝光膠片或使用電荷耦合器件（CCD）檢測器來檢測穿過樣品的X射線，是一種對比成像技術。X射線顯微成像技術在醫學、生物學、材料、安全檢測等領域得到廣泛的應用。
美國布魯克黑文國家實驗室的科學家現在開始在國家同步加速器光源II（NSLS-II）上構建量子增強X射線顯微鏡。這種突破性的顯微鏡將使研究人員能夠對生物分子進行前所未有的成像。
研究人員在加速器光源II中使用強大的X射線來「觀察」直至原子級的材料的結構、化學組成和電子特性。該設施的超亮燈已經實現了生物學發現，可以幫助研究人員發現蛋白質的結構，從而為多種疾病的藥物設計提供信息，這僅是一個具體應用例子。
通過利用X射線的量子特性，NSLS-II的研究人員將能夠在不犧牲解析度的情況下對更敏感的生物分子成像。 X射線具有很高的穿透力，可以為成像研究提供卓越的解析度，這種強大的光會損壞某些生物樣本，例如植物細胞、病毒和細菌。而低劑量X射線可以保留這些樣品，但成像解析度降低。
NSLS-II結構生物學項目經理Sean McSweeney說：「如果我們能夠成功構建量子增強型X射線顯微鏡，我們將能夠以非常高解析度和非常低劑量的X射線對生物分子進行成像。」。
NSLS-II的量子增強型X射線顯微鏡將通過一種稱為「幻影成像」或「鬼影成像」（ghost imaging）的實驗技術，來實現這種非凡的功能組合。典型的X射線成像技術將單束光粒子通過樣品併到達檢測器，而「幻影成像」技術則需要將X射線束分成兩個糾纏的光子流，其中只有一個通過樣本，但是兩者都收集信息。
如圖所示「幻影成像」研究技術中，科學家將X射線束（由粉紅色的粗線表示）分成兩個糾纏的光子流（粉紅色的細線）。這些光子流中只有一個流過科學樣本（由實心圓表示），但是兩者都收集信息。通過分離光束，所研究的樣品僅暴露於X射線劑量的一小部分。
「幻影成像」（ghost imaging）技術NSLS-II的首席束線科學家Andrei Fluerasu說：「一個流穿過樣品，並被一個檢測器收集，該檢測器以良好的時間解析度記錄光子，而另一束光子則編碼光子傳播的確切方向。」相干硬X射線散射（Coherent Hard X-ray Scattering，縮寫CHX）光束線，將在此處開發顯微鏡。 「這聽起來像魔術。但是通過數學計算，我們將能夠關聯來自兩個光束的信息。」
通過分離光束，被研究的樣品僅暴露於X射線劑量的一小部分。並且由於沒有通過樣品的光子與通過樣品的光子相關，因此可以保持全劑量X射線束的解析度。幻影成像技術已經使用可見光光子成功開發，但是將其轉化為X射線光將是一項重大的科學成就。
Brookhaven實驗室的量子增強X射線顯微鏡是在NSLS-II的CHX光束線開發的，其選擇是因為它具有操縱X射線源相干的能力，從而使科學家能夠根據需要調整重影成像實驗。相干硬X射線散射的現有設置也足夠靈活，可以容納添加新的和先進的設備，例如分束器和新的檢測器。 NSLS-II將與布魯克海文實驗室和石溪大學的物理學家合作，將這些複雜的儀器整合在一起。
Brookhaven物理學家Andrei Nomerotski說：「這些測量將要求成像探測器具有最佳的定時解析度，而這正是我們已經用於高能物理實驗、量子信息科學項目（例如量子天體測量）、和快速光學成像的東西。」
該團隊計劃在未來兩到三年內逐步將新功能集成到相干硬X射線散射束線中。該項目將在演示解析度為10納米以下的微米級物體的幻影成像後完成，目標是2023年。
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