芯耀
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CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，格拉斯哥大學(xué)研究人員近日?qǐng)?bào)道，已成功使用量子力學(xué)性質(zhì)克服了傳統(tǒng)全息圖的某些局限性。這篇發(fā)表于《自然物理學(xué)》的報(bào)道，詳述了采用量子糾纏技術(shù)讓兩個(gè)光子變成單個(gè)“非局部粒子（Non-localParticle）”的新方法。在該方法中，一系列糾纏的光子對(duì)是制作改進(jìn)版全息圖的關(guān)鍵。
圖1. 基于量子學(xué)糾纏光子技術(shù)制作的全息圖有助于克服經(jīng)典全息圖的局限性，圖片來(lái)源：Pavel Chukhov / Shutterstock.com
一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)典的全息圖是通過(guò)將一束光分成兩束干涉光來(lái)制作的。該過(guò)程中，其中的一束光會(huì)射向要重建的物體，并反射到一架特殊的相機(jī)上。與此同時(shí)，第二束光束會(huì)直接照射到相機(jī)上。通過(guò)測(cè)量光的相位差異，我們可以重建出3D圖像，這里的關(guān)鍵是兩束光之間的相干性。基于量子糾纏技術(shù)的全息圖，其原理與經(jīng)典全息圖雷同，不過(guò)裝置實(shí)施的方式卻有很大的不同。這種技術(shù)首先將激光光束一分為二，但是這兩束激光不會(huì)重新結(jié)合，這里的關(guān)鍵在于分光（Beam splitting）。整個(gè)過(guò)程如下圖2所示，藍(lán)色激光射向一個(gè)非線性晶體（Paired BBOs）后產(chǎn)生了兩對(duì)由糾纏光子對(duì)構(gòu)成的光束（Hyperentangled Photon Pairs）。
糾纏態(tài)在我們的宏觀世界中是非常罕有的現(xiàn)象。糾纏的粒子是單個(gè)狀態(tài)的一部分，所以無(wú)論這些糾纏粒子相距多遠(yuǎn)，更改其中之一就會(huì)對(duì)另一狀態(tài)產(chǎn)生瞬時(shí)更改。具體到上述過(guò)程中，糾纏光子束之一穿過(guò)物體（Phase Object），而另一束則會(huì)穿過(guò)空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator）。
這兩束糾纏光是分別用兩個(gè)獨(dú)立的百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)測(cè)量的，由于量子力學(xué)的影響，它們的特性將以非常特定的方式改變，并最終獲得四幅圖像數(shù)據(jù)。接著，這四幅圖像數(shù)據(jù)會(huì)合并進(jìn)而重建出待重建對(duì)象的3D影像。
圖2. 使用糾纏光子獲得量子全息圖的裝置，圖片來(lái)源：格拉斯哥大學(xué)
“經(jīng)典的全息技術(shù)在光的方向，顏色和偏振方面做得非常聰明，但是它也有局限性，比如容易受雜散光的干擾以及對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性的敏感，”這項(xiàng)工作的主要研究作者Hugo Defienne博士說(shuō)道：“我們的研究工作將全息技術(shù)帶入了量子領(lǐng)域，讓傳統(tǒng)全息技術(shù)擺脫了經(jīng)典相干性的局限。這種使用糾纏光子性質(zhì)制作更清晰，更豐富全息圖的新方法，為全息技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用開辟了新的可能性。”為了展示該全息技術(shù)，該小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)了一系列液晶全息圖，具體包括“ UofG”字母，透明膠帶，硅油滴和鳥的羽毛等。除了當(dāng)前全息技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的以外，該新型全息技術(shù)還可能在多個(gè)其他領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。“這些應(yīng)用之一可能是醫(yī)學(xué)成像，實(shí)際上，該領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用經(jīng)典全息技術(shù)檢查一些透明樣本的細(xì)節(jié)。我們這種基于量子糾纏性質(zhì)的全息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率和更低噪聲的圖像，這可以幫助醫(yī)生觀察到更精細(xì)的細(xì)胞細(xì)節(jié)，并幫助他們更多地了解細(xì)胞水平上的生物功能，” Defienne博士解釋說(shuō)。
