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全息术“量子飞跃”可以彻底改变成像

发布了 行业新闻 on 8th Feb 2021

一种使用缠结的光子来克服传统全息方法的局限的新型量子全息度可能导致改善医学成像并加速量子信息科学的进步。

来自格拉斯哥大学的一支物理学家团队是世界上第一个找到一种使用量子缠绕的光子在全息图中编码信息的方法。他们突破背后的过程概述了2月4日星期四发表的纸张中 自然物理学.

全息术中的许多人在其使用中熟悉,因为安全图像印在信用卡和护照上,但它有许多其他实际应用,包括数据存储,医学成像和防御。

经典全息术通过分为两条路径的激光束形成三维物体的二维渲染。一种被称为物体光束的一个光束的路径照亮着全仪的对象,用相机或特殊全息膜收集的反射光。作为参考光束的第二梁的路径从镜子直接弹出到收集表面上而不触摸受试者。

通过测量两个光束相遇的光相的差异来创建全息图。该相位是对象和物体光束混合并相互干扰的相位的量,通过称为“相干”的光的属性使能的进程。

Glasgow Team的新量子全息过程也使用一个激光束分成两条路径,但是,与经典全息相比,光束永远不会重新团结。相反,该过程利用量子纠缠的独特属性 - 一种过程爱因斯坦着名称为“距离的幽灵动作” - 以收集构建房间所需的相干信息,即使光束是永恒分割的。

该过程利用量子纠缠的独特属性 - 一种过程爱因斯坦着名的叫做“距离幽灵动作”的过程 

Glasgow大学物理与天文学学院的Hugo Defienne博士是纸张的主要作者。 DR DERIENNE说:“经典全息术用光线的方向,颜色和极化做得非常聪明,但它具有限制,例如来自不需要的光源的干扰,以及对机械稳定性的强烈敏感性。

“我们开发的过程从经典一致性和迎来全息术中的那些局限性释放到量子领域。使用缠绕的光子提供了新的方式来创建更锐利,更丰富详细的全息图,这对技术的实际应用开辟了新的可能性。

“其中一个应用程序可以在医学成像中,其中全息术已经用于显微镜,以仔细检查通常接近透明的精细样本的细节。我们的进程允许创建更高分辨率的低噪音图像,这有助于揭示细胞的更精细的细节,并帮助我们了解有关在蜂窝水平上的生物学功能如何如何了解更多信息。“ 

格拉斯哥大学丹尼尔·科尔科教授领导着该集团,使其成为突破,是本文的共同作者。

教授Faccio说:“一部分真正令人兴奋的一部分是我们发现一种方法可以将百万像素数码相机集成到检测系统中。

“近年来光学量子物理学中的许多大型发现已经采用简单的单像素传感器进行了。它们具有小,快速且实惠的优势,但它们的缺点是它们仅捕获了关于该过程中涉及的缠绕光子的状态的非常有限的数据。捕获我们可以在单个图像中收集的细节水平需要一个非凡的时间。

“我们正在使用的CCD传感器为我们提供了一个前所未有的分辨率,以便每次缠绕的光子的每个图像播放到最多10,000像素。这意味着我们可以以显着的准确度测量它们缠结的质量和光束中的光子的量。

“将来的量子计算机和量子通信网络将至少需要关于他们将使用的缠绕粒子的细节水平。它让我们更接近在那些快速开发的字段中实现实际步骤更改。这是一个非常激动人心的突破,我们热衷于这种成功,进一步的改进。“

该团队的论文标题为“偏振纠缠的量子全息术”,在自然物理中发表。他们的工作得到了工程和物理科学研究委员会(EPSRC)的资金,以及欧盟地平线2020和Marie-Curie Sklodowska行动举措。