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韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究院(KRISS)開(kāi)發(fā)出一種新型量子傳感器技術(shù)，利用量子糾纏現(xiàn)象，可以用可見(jiàn)光測(cè)量紅外區(qū)域的擾動(dòng)。這將實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的紅外光學(xué)測(cè)量，而以前的測(cè)量在提供高質(zhì)量結(jié)果方面存在局限性。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《量子科學(xué)與技術(shù)》(Quantum Science and Technology)雜志上。

當(dāng)一對(duì)光子(光粒子的最小單位)通過(guò)量子糾纏聯(lián)系在一起時(shí)，無(wú)論它們各自的距離有多遠(yuǎn)，它們都會(huì)共享一個(gè)相關(guān)的量子態(tài)。最近開(kāi)發(fā)的未探測(cè)光子量子傳感器是一種遠(yuǎn)程傳感器，它利用兩個(gè)光源重現(xiàn)這種量子糾纏。

未檢測(cè)到的光子(惰光)是指到達(dá)測(cè)量目標(biāo)并反彈回來(lái)的光子。未檢測(cè)到的光子傳感器不直接測(cè)量這個(gè)光子，而是測(cè)量通過(guò)量子糾纏聯(lián)系在一起的這對(duì)光子中的另一個(gè)光子，從而獲得有關(guān)目標(biāo)的信息。

基于未探測(cè)光子的量子傳感是一項(xiàng)新興技術(shù)，直到最近十年才得以實(shí)現(xiàn)。由于該技術(shù)仍處于早期階段，全球研究界仍在積極開(kāi)展開(kāi)發(fā)競(jìng)賽。KRISS 開(kāi)發(fā)的未探測(cè)光子量子傳感器與以往研究的不同之處在于其核心光度測(cè)量裝置--光電探測(cè)器和干涉儀。

研究人員正在用復(fù)合干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置的泵浦激光器進(jìn)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

光電探測(cè)器是一種將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的裝置?，F(xiàn)有的高性能光電探測(cè)器在很大程度上僅限于應(yīng)用于可見(jiàn)光帶寬。雖然紅外波段在許多領(lǐng)域的各種應(yīng)用測(cè)量中都很有用，但要么沒(méi)有可用的探測(cè)器，要么只有性能較差的探測(cè)器。

KRISS 的這項(xiàng)最新研究允許使用可見(jiàn)光探測(cè)器來(lái)測(cè)量紅外波段的光狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了高效測(cè)量，而無(wú)需昂貴和耗電的設(shè)備。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括三維結(jié)構(gòu)的無(wú)損測(cè)量、生物測(cè)量和氣體成分分析。

干涉儀是精密光學(xué)測(cè)量中的另一個(gè)關(guān)鍵因素，它是一種通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)不同路徑的多束光線進(jìn)行積分來(lái)獲取信號(hào)的裝置。傳統(tǒng)的未探測(cè)光子量子傳感器主要使用簡(jiǎn)單的邁克爾遜干涉儀，采用簡(jiǎn)單的光路，限制了可測(cè)量目標(biāo)的數(shù)量。

KRISS 開(kāi)發(fā)的傳感器采用混合干涉儀，可根據(jù)目標(biāo)物體靈活改變光路，大大提高了可擴(kuò)展性。因此，該傳感器可根據(jù)被測(cè)物體的大小或形狀進(jìn)行修改，適用于各種環(huán)境要求。

KRISS 的量子光學(xué)小組對(duì)決定量子傳感器關(guān)鍵性能指標(biāo)的因素進(jìn)行了理論分析，并通過(guò)使用混合干涉儀對(duì)其有效性進(jìn)行了實(shí)證驗(yàn)證。

研究小組將紅外波段的光反射到待測(cè)的三維樣品上，并測(cè)量可見(jiàn)光波段的糾纏光子，從而獲得樣品圖像，包括其深度和寬度。研究小組成功地通過(guò)可見(jiàn)光波段的測(cè)量重建了三維紅外圖像。

KRISS 量子光學(xué)組組長(zhǎng) Park Hee Su 說(shuō)："這是一個(gè)突破性的例子，利用量子光學(xué)原理克服了傳統(tǒng)光學(xué)傳感的限制。他補(bǔ)充說(shuō)，KRISS “將繼續(xù)開(kāi)展后續(xù)研究，通過(guò)縮短測(cè)量時(shí)間和提高傳感器分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用”。

審核編輯 黃宇