量子成像及研究進(jìn)展

1、量子成像技術(shù)及應(yīng)用前景專業(yè)：專業(yè)：姓名：姓名： 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：量子糾纏f 微觀客體的關(guān)聯(lián)具有非局域的性質(zhì), 它可以延伸到很遠(yuǎn)的距離, 這就是著名的量子糾纏( quantum entanglement)現(xiàn)象。量子糾纏現(xiàn)象是量子力學(xué)發(fā)展的最新的一個(gè)分支, 它已經(jīng)在很多方面如量子信息學(xué)和量子計(jì)算中得到了很多的應(yīng)用。f量子成像技術(shù)也是利用量子的糾纏現(xiàn)象而發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)量子成像技術(shù)f量子成像開始于產(chǎn)生兩束激光波束的源設(shè)備。每一激光束是由單個(gè)光子組成的光子流, 兩個(gè)激光束中的光子是糾纏光子, 它們?cè)陬l率、方向和極化方面完全相同。對(duì)兩束糾纏的光子進(jìn)行測(cè)量, 如果可以確定一個(gè)光子的方向和電荷等特性,

2、那么它也將自動(dòng)表明其對(duì)應(yīng)的糾纏光子的相應(yīng)狀態(tài)糾纏光子的產(chǎn)生f 量子成像的基礎(chǔ)就是要產(chǎn)生糾纏的光子對(duì), 產(chǎn)生糾纏光子的方法有很多種, 其中自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換( SPDC)方法 是常用的一種方法量子成像系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下f光源發(fā)出的光被分成兩束，一束稱為信號(hào)光，經(jīng)過取樣系統(tǒng)到達(dá)一個(gè)“桶探測(cè)器”（可以收集一定面積的光，探測(cè)f其總強(qiáng)度，比如大面積的光電二極管）；另外一束稱為參考光，經(jīng)過參考系統(tǒng)，到達(dá)另外一個(gè)點(diǎn)探測(cè)器。將點(diǎn)探測(cè)器在參考光路合適位置的橫向平面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描（這個(gè)過程等效于一個(gè)具有空間分辨率的面陣探測(cè)器直接探測(cè)參考光信號(hào)，面陣探測(cè)器上的每一個(gè)光敏單元相當(dāng)于點(diǎn)探測(cè)器，比如常見的 CCD），掃描的結(jié)果

3、與桶探測(cè)器的結(jié)果進(jìn)行符合測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可以再現(xiàn)物體的像。f值得注意的是，物體只處于取樣系統(tǒng)這一路，但是這一路只有一個(gè)單像素的桶探測(cè)器。眾所周知，一個(gè)像素的探測(cè)器在光學(xué)中是不能進(jìn)行成像的。對(duì)于參考光路，雖然通過平面掃描具有了空間分辨能力，但是這一路并沒有物體，所以單獨(dú)的這一路也是不能成像的。對(duì)于這兩路光的強(qiáng)度進(jìn)行符合計(jì)數(shù)之后，卻可以再現(xiàn)物體的像。顯然這是一種離軸成像，也就是說，物平面、成像系統(tǒng)、像平面不在同一條光軸上。 量子成像也被稱為“鬼成像”或者“關(guān)聯(lián)成像 量子成像是利用光場(chǎng)的二階關(guān)聯(lián)或高階關(guān)聯(lián)來獲得物體信息，測(cè)量方法上則需要兩個(gè)或多個(gè)探測(cè)器對(duì)光場(chǎng)分布進(jìn)行符合測(cè)量。f量子成像技術(shù)的成像靈敏度

4、可以超越測(cè)試系統(tǒng)的量子噪聲極限，掃描成像速率可以突破經(jīng)典的采樣極限。量子成像的發(fā)展史及最新進(jìn)展f1935 年由愛因斯坦、波多爾斯基、羅森發(fā)表的論文第一次提出了 “糾纏” 這個(gè)概念， 用以證明量子力學(xué)是不完備的。f20 世紀(jì) 50 年代，漢伯里 布朗（R. Hanbury Brown）f和特威斯（R. Q. Twiss）二人做了非常有名的 HB-T實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到光的二階干涉效應(yīng)的存在。f1995 年，美國(guó)的馬里蘭大學(xué)史硯華（Yanhua Shih）f小組以糾纏雙光子作為光源，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量f子成像，被稱為“鬼成像”糾纏光源實(shí)現(xiàn)量子成像f這兩束光經(jīng)過偏振分束器之后，分成兩束，一束作為信號(hào)光，另一

5、束作為閑置光，信號(hào)光的光子和閑置光的光子組成糾纏光子對(duì)。信號(hào)光照射物體掩模后， 通過透鏡收集到探測(cè)器D 1 中，另一束光直接收集到探測(cè)器 D 2 中。單獨(dú)的任意一個(gè)探測(cè)器都是不能成像的，但是經(jīng)過關(guān)聯(lián)電路進(jìn)行符合測(cè)量后，可以再現(xiàn)物體的像。f那么是不是只有糾纏光源才能實(shí)現(xiàn)量子成像呢？f“糾纏”是否才是量子成像的本質(zhì)？f 顯然不是f2002年，羅切斯特大學(xué)的科學(xué)家就使用隨機(jī)指向的光源實(shí)現(xiàn)了量子成像，這個(gè)實(shí)驗(yàn)開啟了基于經(jīng)典光源量子成像的f研究。 贗熱光源與真熱光源實(shí)現(xiàn)的量子成像f激光照射在旋轉(zhuǎn)的毛玻璃上獲得激光散斑。光源發(fā)出的光經(jīng)過分束器分成兩束， 一束經(jīng)過物體 （本實(shí)驗(yàn)使用的是雙縫）照射在探測(cè)器 D 1 上面，另外一路經(jīng)過自由空間照射在探測(cè)器D 2 上面。 經(jīng)過符合計(jì)數(shù)，并且探測(cè)器D 2 進(jìn)行空間掃描后， 可以獲得雙縫的圖樣。f2005 年，中國(guó)科學(xué)院物理所的吳令安小組首次使用真熱光源實(shí)現(xiàn)了量子成像。f即使沒有透鏡，也可以通過兩路 CCD 的關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行成像，在信號(hào)光路以及參考光路這兩路相等的時(shí)候可以進(jìn)行成像。后來人們又發(fā)現(xiàn)不等臂的無透鏡鬼成像也是可以實(shí)現(xiàn)的。f高階量子成像后來的實(shí)驗(yàn)證明三路光以及多路光進(jìn)行的量子成像也是可以實(shí)現(xiàn)的，但需要計(jì)算高階相干函數(shù)。與二階量子成像相比，高階成像具有