从光源中提取隐藏的量子信息

当前的超分辨率显微镜或微阵列激光扫描技术以其高灵敏度和非常好的分辨率而闻名。但是，它们实现了高光功率来研究样品，这些样品可能是光敏感的，因此在被这些设备照亮时会受到损坏或干扰。

如今，采用量子光的成像技术越来越重要，因为它们在分辨率和灵敏度方面的能力可以超越传统的局限性，此外，它们不会损坏样品。这是可能的，因为量子光是在单个光子中发射的，并且它利用缠结的特性来达到较低的光强度状态。

现在，尽管近年来量子光和量子检测器的使用一直在稳步发展，但仍有一些问题需要解决。量子检测器本身对经典噪声敏感，噪声最终可能会变得非常重要，以至于可以降低甚至抵消所获得图像的任何种类的量子优势。

因此，一年前启动的欧洲项目Q-MIC聚集了一支由不同专业知识的国际研究人员组成的团队，他们共同开发和实施了量子成像技术，以创建一种量子增强显微镜，该显微镜将超越目前的能力。显微镜技术。

在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，来自格拉斯哥大学的研究人员Hugo Defienne和Daniele Faccio及其Q-MIC项目的合作伙伴报告了一种新技术，该技术使用图像蒸馏从包含以下内容的照明源中提取量子信息：量子和经典信息。

在他们的实验中，研究人员使用两个来源创建了“死猫”和“活猫” 的组合最终图像。他们使用了由激光触发的量子源，以产生纠缠的光子对，这些光子对晶体进行照射并通过滤镜，以产生“死猫”或他们称为“量子猫”的红外图像(800纳米)。 ”。同时，他们使用带有LED的经典光源来产生“活猫”的图像。然后，通过光学设置，他们将两个图像叠加在一起，然后将合并的图像发送到称为电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)的特殊CCD相机。

通过这种设置，他们能够观察到，原则上，两种光源都具有相同的光谱，平均强度和偏振，从而使它们与单独的强度测量无法区分。但是，虽然来自相干经典光源(LED光)的光子是不相关的，但是来自量子源(光子对)的光子在位置上却是相关的。

通过使用一种算法，他们能够在位置上使用这些光子相关性来隔离条件图像，其中两个光子到达相机上的相邻像素，并单独获取“量子照明”图像。因此，从直接总强度图像中减去量子图像后，还可以检索到经典的“活猫”图像。

这种方法的另一个令人惊讶的问题是，即使经典照明要高十倍，研究人员也能够提取可靠的量子信息。他们表明，即使当经典的高照度降低了图像质量时，他们仍然能够获得具有量子图像形状的清晰图像。

该技术为旨在观察超灵敏样品的量子成像和量子增强显微镜开辟了一条新途径。另外，这项研究的结果表明，该技术对于量子通信可能是最重要的。混合和提取量子和经典光所携带的特定信息的能力可以用于加密技术和编码信息。特别是，当使用常规检测器时，它可以用于隐藏或加密信号内的信息。

正如Daniele Faccio教授所说：“这种方法改变了我们对图像中的信息进行编码然后解码的方式，我们希望它将在从显微镜到隐蔽激光雷达的各个领域中找到应用。”