據(jù)麥姆斯咨詢報道，韓國標準與科學研究院（KRISS）開發(fā)出一種新型量子傳感技術(shù)，能夠利用量子糾纏現(xiàn)象，通過可見光測量紅外區(qū)域的擾動。這將有望實現(xiàn)低成本、高性能的紅外光學測量，而以前的測量在提供高質(zhì)量結(jié)果方面存在局限性。

這項研究首次展示了一種混合誘導相干干涉儀，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。這種配置通過檢測近可見光子實現(xiàn)了紅外光學測量，并通過識別不同來源的光子對提供了優(yōu)化測量質(zhì)量的方法。

當一對光子（光粒子的最小單位）通過量子糾纏聯(lián)系在一起時，無論它們之間的距離有多遠，都會共享一個相關(guān)的量子態(tài)。KRISS研究人員開發(fā)的基于未探測光子的量子傳感器是一種遠程傳感器，其利用兩個光源重現(xiàn)這種量子糾纏。

未探測光子（idler），是指到達測量目標并反彈回來的光子。基于未探測光子的量子傳感器不直接測量這個光子，而是測量通過量子糾纏聯(lián)系在一起的光子對中的另一個光子，從而獲得有關(guān)目標的信息。

基于單光子雪崩二極管（SPAD）的實驗裝置示意圖

基于未探測光子的量子傳感是一項新興的技術(shù)，直到最近十年才得以實現(xiàn)。由于該技術(shù)仍處于早期階段，全球?qū)W術(shù)界仍在積極開展開發(fā)競賽。KRISS開發(fā)的基于未探測光子的量子傳感器在其核心光度測量設備（光電探測器和干涉儀）方面與以往的研究有所不同。

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

KRISS的這一最新研究成果能夠利用可見光探測器來測量紅外波段的光狀態(tài)，無需昂貴、耗能的設備即可實現(xiàn)高效測量。它的應用范圍非常廣泛，包括三維結(jié)構(gòu)的無損測量、生物測量和氣體成分分析等。

干涉儀是精密光學測量中的另一個關(guān)鍵因素，它是一種通過對經(jīng)過不同路徑的多條光線進行積分來獲取信號的裝置。傳統(tǒng)的基于未探測光子的量子傳感器主要使用簡單的邁克爾遜干涉儀，這種干涉儀采用簡單的光路，限制了可測量的目標數(shù)量。

KRISS開發(fā)的新型量子傳感器采用混合干涉儀，可根據(jù)目標物體靈活改變光路，大大提高了可擴展性。因此，該量子傳感器可根據(jù)被測物體的大小或形狀進行修改，適用于各種環(huán)境要求。

KRISS的量子光學小組對決定量子傳感器關(guān)鍵性能指標的因素進行了理論分析，并通過使用混合干涉儀對其有效性進行了實證驗證。

研究小組將紅外波段的光反射到要測量的三維樣品上，然后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。研究小組成功地從可見光波段的測量結(jié)果中重建了三維紅外圖像。

KRISS量子光學組組長Park Hee Su說：“這是利用量子光學原理克服了傳統(tǒng)光學傳感限制的突破性案例。KRISS將繼續(xù)開展后續(xù)研究，通過縮短測量時間和提高傳感器分辨率來實現(xiàn)該技術(shù)的實際應用。”

審核編輯：彭菁