據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，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技術(shù)，能夠利用量子糾纏現(xiàn)象，通過(guò)可見(jiàn)光測(cè)量紅外區(qū)域的擾動(dòng)。這將有望實(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)研究首次展示了一種混合誘導(dǎo)相干干涉儀，基于雙通泵浦自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換，結(jié)合了用于近可見(jiàn)光子的馬赫-澤恩德（Mach-Zehnder）干涉儀和用于紅外（IR）光子的邁克爾遜（Michelson）干涉儀。這種配置通過(guò)檢測(cè)近可見(jiàn)光子實(shí)現(xiàn)了紅外光學(xué)測(cè)量，并通過(guò)識(shí)別不同來(lái)源的光子對(duì)提供了優(yōu)化測(cè)量質(zhì)量的方法。

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)論它們之間的距離有多遠(yuǎn)，都會(huì)共享一個(gè)相關(guān)的量子態(tài)。KRISS研究人員開(kāi)發(fā)的基于未探測(cè)光子的量子傳感器是一種遠(yuǎn)程傳感器，其利用兩個(gè)光源重現(xiàn)這種量子糾纏。

未探測(cè)光子（idler），是指到達(dá)測(cè)量目標(biāo)并反彈回來(lái)的光子。基于未探測(cè)光子的量子傳感器不直接測(cè)量這個(gè)光子，而是測(cè)量通過(guò)量子糾纏聯(lián)系在一起的光子對(duì)中的另一個(gè)光子，從而獲得有關(guān)目標(biāo)的信息。

基于單光子雪崩二極管（SPAD）的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

基于未探測(cè)光子的量子傳感是一項(xiàng)新興的技術(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?qū)W術(shù)界仍在積極開(kāi)展開(kāi)發(fā)競(jìng)賽。KRISS開(kāi)發(fā)的基于未探測(cè)光子的量子傳感器在其核心光度測(cè)量設(shè)備（光電探測(cè)器和干涉儀）方面與以往的研究有所不同。

光電探測(cè)器是一種將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的器件?，F(xiàn)有的高性能光電探測(cè)器很大程度在可見(jiàn)光帶寬的應(yīng)用有限。雖然紅外波長(zhǎng)光在許多領(lǐng)域的各種測(cè)量中都很有用，但要么沒(méi)有可用的探測(cè)器，要么探測(cè)器性能較差。

KRISS的這一最新研究成果能夠利用可見(jiàn)光探測(cè)器來(lái)測(cè)量紅外波段的光狀態(tài)，無(wú)需昂貴、耗能的設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)高效測(cè)量。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)量和氣體成分分析等。

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)不同路徑的多條光線進(jìn)行積分來(lái)獲取信號(hào)的裝置。傳統(tǒng)的基于未探測(cè)光子的量子傳感器主要使用簡(jiǎn)單的邁克爾遜干涉儀，這種干涉儀采用簡(jiǎn)單的光路，限制了可測(cè)量的目標(biāo)數(shù)量。

KRISS開(kāi)發(fā)的新型量子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，該量子傳感器可根據(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要測(cè)量的三維樣品上，然后測(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。研究小組成功地從可見(jiàn)光波段的測(cè)量結(jié)果中重建了三維紅外圖像。

KRISS量子光學(xué)組組長(zhǎng)Park Hee Su說(shuō)：“這是利用量子光學(xué)原理克服了傳統(tǒng)光學(xué)傳感限制的突破性案例。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?！?/p>

審核編輯：彭菁