纠缠光子对实现隐藏图像编码

Josiah02 · 发表于 2024-9-9 18:24:24

巴黎索邦大学纳米科学研究所的研究人员开发出一种新方法，将图像编码到光子对的量子关联中，使传统成像技术无法看到。这项研究发表在《物理评论快报》上。
纠缠光子在各种量子光子学应用中起着至关重要的作用，包括量子计算和密码学。这些光子可以通过非线性晶体中称为自发参量下转换(SPDC)的过程产生。在 SPDC 期间，来自高能（蓝色）泵浦激光器的单个光子被分裂成两个低能（红外）纠缠光子。
某些应用需要这些光子之间存在特定类型的量子关联，因此对它们的精确控制至关重要。这种控制可以通过调整泵浦激光器的属性（尤其是其空间形状）来实现。为了探索这种可能性，巴黎索邦大学纳米科学研究所的研究人员提出了一种方法，用于构建给定物体形状中纠缠光子的空间关联。
实验包括将要编码的物体放置在晶体前面的透镜的物平面上，然后使用第二个透镜将其成像到相机上（图 1a）。
如果没有晶体，此装置就是传统的双镜头成像系统：我们期望在相机上观察到物体的强度（倒置）图像。然而，在晶体存在的情况下，SPDC 会发生，从而在红外波段产生纠缠光子对。
如果光谱滤光片只选择这些光子对，在积累了许多光子之后，相机上获得的强度看起来是均匀的，并且不会透露有关物体的任何信息（图 1b）。只有从纠缠光子对之间的空间相关性重建物体图像时，物体图像才会重新出现（图 1c），这需要检测每个光子相对于其纠缠孪生的位置。
重建这样的图像需要单光子敏感相机以及专门定制的算法来识别每次采集中的光子巧合并提取它们的空间相关性。
因此，最初由蓝色激光束传送的物体图像被转移到光子对的空间关联中。
正如该研究的第一作者、博士生 Chloé Vernière 所解释的那样，“如果我们以通常的方式观察光束，逐个计数光子以形成图像，我们会觉得没有任何信息。但如果我们关注光子的同时到达并分析它们的空间分布，就会出现一种模式。”
Chloé 的论文导师兼这项研究的最后一位作者 Hugo Defienne 补充道：“我们实际上是在利用光的一个尚未得到充分利用的自由度——即光子之间的空间相关性——作为我们打印图像的画布。我们现在想利用这种成像支持来开发密码系统或散射介质中的成像。”
由于其灵活性和实验简单性，该方法可以实现新的成像协议的开发并在量子通信和密码学等领域得到应用。
通过研究晶体的特性，甚至可能在一束光子对中编码多个图像。通过将相机移动到不同的光学平面，可以显示这些图像，从而可以编码更多信息。

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