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QUILT项目揭示了量子光学和成像的深远潜力
发布时间:2022-01-13 21:42:08 阅读:214

来源:optics.org;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王冉 编译

利用纠缠光子和干涉效应,分子(图中所示为甲烷分子)的红外光谱能够被只检测可见光的相机记录下来。© Fraunhofer IPM

    所谓的量子纠缠光子打破了传统光学的边界,让我们得以窥见此前不可见的波长范围,从而为成像技术、显微镜和光谱学带来新的可能性。

    发掘这些可能性并创造技术解决方案是为期四年的弗劳恩霍夫“灯塔”项目的目标,该项目名为“QUILT”,其结果刚刚公布。

    这种纠缠光子是弗劳恩霍夫研究人员在QUILT(Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions)项目中使用的工具。他们正在使用光子为迄今为止已被证明几乎不可达的波长范围开发量子光学解决方案。

    这些波长提供了可见光光谱之外的有价值的信息:例如,短波紫外线辐射可以使细胞中最微小的结构变得可见;红外辐射提供关于大气污染物的信息;而长波太赫兹辐射可以用来精确测定涂层和涂料层的厚度。

    因此,在生物医学诊断、材料测试或过程和环境分析领域具有很大的潜力。唯一的问题是,产生和探测这些光波需要的资源比用于可见光范围的成像技术多得多。

    新的探测原理

    四年来,六个来自弗劳恩霍夫研究所的研究人员组成的团队一直在与外部组织合作,并得到一个由工业界和科学界代表组成的顾问委员会的支持,以寻找在成像、光谱学和计量学的不同测量方法中使用纠缠光子对的方法——将无形化为有形。

    其基本原理是,设计一个光子具有能够被相机捕获的波长,而另一个光子被设计为在不可见范围内与被检测物体相互作用。这种被爱因斯坦称为“幽灵般的远距离作用”的纠缠态,意味着第二个光子收集到的信息被转移到第一个光子,使其在相机中可见。

    在这个项目中,合作伙伴为这一较新领域的科技发展做了重要的开拓性工作。演示了首次使用太赫兹辐射的新探测原理,例如,这可以改进未来材料研究的方法。

    经典傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪被用于过程分析等领域,以检测气体样品。该项目还制作了世界上第一个使用未检测到的光成像创建的视频,以及世界上第一个使用具有异步检测的“量子鬼成像”捕获和重建的2D图像。

    最重要的是,鬼成像非常适合于生物和医学应用,在这些应用中,光敏细胞样品可以在很长一段时间内被观察到,因为新工艺需要的光更少,这有助于改善诊断。弗劳恩霍夫协会总结道:“QUILT项目已经提交并授予了七项专利,并在量子成像、光谱学和光学层析成像方面发表了备受瞩目的科学出版物和演示。”

 
 

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