從光源中提取隱藏的量子信息

當(dāng)前的超分辨率顯微鏡或微陣列激光掃描技術(shù)以其高靈敏度和非常好的分辨率而聞名。但是，它們實現(xiàn)了高光功率來研究樣品，這些樣品可能是光敏感的，因此在被這些設(shè)備照亮?xí)r會受到損壞或干擾。

如今，采用量子光的成像技術(shù)越來越重要，因為它們在分辨率和靈敏度方面的能力可以超越傳統(tǒng)的局限性，此外，它們不會損壞樣品。這是可能的，因為量子光是在單個光子中發(fā)射的，并且它利用纏結(jié)的特性來達到較低的光強度狀態(tài)。

現(xiàn)在，盡管近年來量子光和量子檢測器的使用一直在穩(wěn)步發(fā)展，但仍有一些問題需要解決。量子檢測器本身對經(jīng)典噪聲敏感，噪聲最終可能會變得非常重要，以至于可以降低甚至抵消所獲得圖像的任何種類的量子優(yōu)勢。

因此，一年前啟動的歐洲項目Q-MIC聚集了一支由不同專業(yè)知識的國際研究人員組成的團隊，他們共同開發(fā)和實施了量子成像技術(shù)，以創(chuàng)建一種量子增強顯微鏡，該顯微鏡將超越目前的能力。顯微鏡技術(shù)。

在最近發(fā)表在《科學(xué)進展》上的一項研究中，來自格拉斯哥大學(xué)的研究人員Hugo Defienne和Daniele Faccio及其Q-MIC項目的合作伙伴報告了一種新技術(shù)，該技術(shù)使用圖像蒸餾從包含以下內(nèi)容的照明源中提取量子信息：量子和經(jīng)典信息。

在他們的實驗中，研究人員使用兩個來源創(chuàng)建了“死貓”和“活貓” 的組合最終圖像。他們使用了由激光觸發(fā)的量子源，以產(chǎn)生糾纏的光子對，這些光子對晶體進行照射并通過濾鏡，以產(chǎn)生“死貓”或他們稱為“量子貓”的紅外圖像(800納米)。 ”。同時，他們使用帶有LED的經(jīng)典光源來產(chǎn)生“活貓”的圖像。然后，通過光學(xué)設(shè)置，他們將兩個圖像疊加在一起，然后將合并的圖像發(fā)送到稱為電子倍增電荷耦合器件(EMCCD)的特殊CCD相機。

通過這種設(shè)置，他們能夠觀察到，原則上，兩種光源都具有相同的光譜，平均強度和偏振，從而使它們與單獨的強度測量無法區(qū)分。但是，雖然來自相干經(jīng)典光源(LED光)的光子是不相關(guān)的，但是來自量子源(光子對)的光子在位置上卻是相關(guān)的。

通過使用一種算法，他們能夠在位置上使用這些光子相關(guān)性來隔離條件圖像，其中兩個光子到達相機上的相鄰像素，并單獨獲取“量子照明”圖像。因此，從直接總強度圖像中減去量子圖像后，還可以檢索到經(jīng)典的“活貓”圖像。

這種方法的另一個令人驚訝的問題是，即使經(jīng)典照明要高十倍，研究人員也能夠提取可靠的量子信息。他們表明，即使當(dāng)經(jīng)典的高照度降低了圖像質(zhì)量時，他們?nèi)匀荒軌颢@得具有量子圖像形狀的清晰圖像。

該技術(shù)為旨在觀察超靈敏樣品的量子成像和量子增強顯微鏡開辟了一條新途徑。另外，這項研究的結(jié)果表明，該技術(shù)對于量子通信可能是最重要的?；旌虾吞崛×孔雍徒?jīng)典光所攜帶的特定信息的能力可以用于加密技術(shù)和編碼信息。特別是，當(dāng)使用常規(guī)檢測器時，它可以用于隱藏或加密信號內(nèi)的信息。

正如Daniele Faccio教授所說：“這種方法改變了我們對圖像中的信息進行編碼然后解碼的方式，我們希望它將在從顯微鏡到隱蔽激光雷達的各個領(lǐng)域中找到應(yīng)用。”