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韓國標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究院(KRISS)開發(fā)出一種新型量子傳感器技術(shù)，利用量子糾纏現(xiàn)象，可以用可見光測量紅外區(qū)域的擾動(dòng)。這將實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的紅外光學(xué)測量，而以前的測量在提供高質(zhì)量結(jié)果方面存在局限性。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《量子科學(xué)與技術(shù)》(Quantum Science and Technology)雜志上。

當(dāng)一對光子(光粒子的最小單位)通過量子糾纏聯(lián)系在一起時(shí)，無論它們各自的距離有多遠(yuǎn)，它們都會共享一個(gè)相關(guān)的量子態(tài)。最近開發(fā)的未探測光子量子傳感器是一種遠(yuǎn)程傳感器，它利用兩個(gè)光源重現(xiàn)這種量子糾纏。

未檢測到的光子(惰光)是指到達(dá)測量目標(biāo)并反彈回來的光子。未檢測到的光子傳感器不直接測量這個(gè)光子，而是測量通過量子糾纏聯(lián)系在一起的這對光子中的另一個(gè)光子，從而獲得有關(guān)目標(biāo)的信息。

基于未探測光子的量子傳感是一項(xiàng)新興技術(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，全球研究界仍在積極開展開發(fā)競賽。KRISS 開發(fā)的未探測光子量子傳感器與以往研究的不同之處在于其核心光度測量裝置--光電探測器和干涉儀。

研究人員正在用復(fù)合干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置的泵浦激光器進(jìn)行光學(xué)對準(zhǔn)。

光電探測器是一種將光轉(zhuǎn)換為電信號輸出的裝置。現(xiàn)有的高性能光電探測器在很大程度上僅限于應(yīng)用于可見光帶寬。雖然紅外波段在許多領(lǐng)域的各種應(yīng)用測量中都很有用，但要么沒有可用的探測器，要么只有性能較差的探測器。

KRISS 的這項(xiàng)最新研究允許使用可見光探測器來測量紅外波段的光狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了高效測量，而無需昂貴和耗電的設(shè)備。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括三維結(jié)構(gòu)的無損測量、生物測量和氣體成分分析。

干涉儀是精密光學(xué)測量中的另一個(gè)關(guān)鍵因素，它是一種通過對經(jīng)過不同路徑的多束光線進(jìn)行積分來獲取信號的裝置。傳統(tǒng)的未探測光子量子傳感器主要使用簡單的邁克爾遜干涉儀，采用簡單的光路，限制了可測量目標(biāo)的數(shù)量。

KRISS 開發(fā)的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，該傳感器可根據(jù)被測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，并通過使用混合干涉儀對其有效性進(jìn)行了實(shí)證驗(yàn)證。

研究小組將紅外波段的光反射到待測的三維樣品上，并測量可見光波段的糾纏光子，從而獲得樣品圖像，包括其深度和寬度。研究小組成功地通過可見光波段的測量重建了三維紅外圖像。

KRISS 量子光學(xué)組組長 Park Hee Su 說："這是一個(gè)突破性的例子，利用量子光學(xué)原理克服了傳統(tǒng)光學(xué)傳感的限制。他補(bǔ)充說，KRISS “將繼續(xù)開展后續(xù)研究，通過縮短測量時(shí)間和提高傳感器分辨率來實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用”。

審核編輯 黃宇