新量子增强显微镜提取隐藏量子信息

时间：2021-08-16 14:52:39 来源：

通过相机上的光累积来获得总图像或直接强度图像。通过该技术，研究人员能够将量子图像分开，然后将该图像减去总图像以获得“活塞”的经典图像。

目前的超分辨率显微镜或微阵列激光扫描技术是已知的，因为它们的高灵敏度和非常好的分辨率。然而，它们为研究样品进行了高光源，可以在这些装置照射时损坏或扰动的样品。

采用量子光的成像技术现在成为主要重要的，因为它们在分辨率和敏感度方面的能力可以超越经典的局限性，并且此外，它们不会损坏样品。这是可能的，因为量子光在单个光子中发射，并且使用缠结性能以达到较低的光强度方案。

现在，尽管使用量子光和量子探测器的使用在过去几年中经历了稳定的发展，但仍有一些需要解决的警告。量子探测器本身对经典噪声敏感，噪声可能最终可能会在所获得的图像上减少甚至取消任何类型的量子优势。

因此，在一年前推出，欧洲项目Q-MIC已经聚集了一个不同专业知识的研究人员，他们聚集在一起开发和实施量子成像技术，以创造一个能够超越当前能力的量子增强显微镜显微镜技术。

在一项研究中发布（2019年10月18日）在科学进展中，研究人员Hugo Defienne和Daniele Faccio来自Glasgow大学和Q-Mic项目的合作伙伴，已经报道了一种使用图像蒸馏来提取量子信息的新技术包含昆腾和经典信息的有启发性源。

在他们的实验中，研究人员通过使用两个来源创建了“死亡”和“活”猫的组合最终形象。它们使用激光突出的量子源来产生缠绕的光子对，这照亮了晶体并通过过滤器，以产生“死猫”的红外图像（800nm）或它们称为“量子猫” 。“并行地，他们使用具有LED的经典来源来产生“活猫”的图像。然后，通过光学设置，它们叠加两个图像并将其发送到称为电子乘法电荷耦合器件（EMCCD）的特殊CCD摄像机。

通过这种设置，他们能够观察到，原则上，两个光源都具有相同的光谱，平均强度和偏振，使它们无法单独测量强度的单一测量。但是，虽然来自相干经典源（LED光）的光子是不相关的，但是来自量子源（光子对）的光子在位置相关。

通过使用算法，它们能够使用这些光子相关性地隔离有条件图像，其中两个光子在相机上到达相邻像素并单独检索“量子照明”图像。因此，在从直接总强度图像中减去量子图像之后还检索经典的“活卡”图像。

这种方法的另一个令人惊讶的问题是，研究人员也能够提取可靠的量子信息，即使经典的照明较高十倍。他们表明，即使当高经典的照明降低了图像的质量时，它们仍然能够获得量子图像形状的尖锐图像。

该技术为量子成像和量子增强显微镜打开了一种新的途径，其目的是观察超敏感样品。此外，本研究结果表明，该技术对于量子通信至关重要。混合和提取由量子和经典光携带的特定信息的能力可用于加密技术和编码信息。特别地，它可以用于在使用传统检测器时隐藏或加密信号内的信息。

作为Daniele教授，评论，“这种方法在我们能够编码的方式中带来了改变，然后在图像中解码信息，我们希望在从显微镜到隐蔽LiDar的区域中找到应用程序。”

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参考：“Quantum Image蒸馏”由Hugo Defienne，Matthew Reichert，Jason W.Fleischer和Daniele Faccio，2019年10月18日，科学推进.DO：
10.1126 / sciadv.aax0307

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