Udtrækning af skjult kvanteinformation fra en lyskilde

Nuværende superopløsningsmikroskoper eller mikroarraylaserscanningsteknologier er kendt for deres høje følsomhed og meget gode opløsninger. Imidlertid, de implementerer høj lysstyrke til at studere prøver, prøver, der kan være lysfølsomme og dermed blive beskadiget eller forstyrret, når de belyses af disse enheder.

Billedteknikker, der anvender kvantelys, får stadig større betydning i dag, da deres evner med hensyn til opløsning og følsomhed kan overgå klassiske begrænsninger og, ud over, de skader ikke prøven. Dette er muligt, fordi kvantelys udsendes i enkelte fotoner, og den bruger egenskaben til sammenfiltring til at nå lavere lysintensitetsregimer.

Nu, selvom brugen af ​​kvantelys og kvantedetektorer har oplevet en stabil udvikling i de sidste år, der er stadig et par problemer, der skal løses. Kvantedetektorer er selv følsomme over for klassisk støj, støj, der kan ende med at være så signifikant, at den kan reducere eller endda annullere enhver form for kvantefordel i forhold til de opnåede billeder.

Dermed, lanceret for et år siden, det europæiske projekt Q-MIC har samlet et internationalt team af forskere med forskellig ekspertise, der er gået sammen om at udvikle og implementere kvantebilledteknologier for at skabe et kvanteforbedret mikroskop, der vil kunne gå ud over mulighederne i nuværende mikroskopiteknologier.

I en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Videnskaber Fremskridt , forskere Hugo Defienne og Daniele Faccio fra University of Glasgow og partnere i Q-MIC-projektet, har rapporteret om en ny teknik, der bruger billeddestillation til at udtrække kvanteinformation fra en belyst kilde, der indeholder både kvante og klassisk information.

I deres eksperiment, forskerne skabte et kombineret slutbillede af en "død" og "levende" kat ved hjælp af to kilder. De brugte en kvantekilde udløst af en laser til at skabe sammenfiltrede par fotoner, som oplyste en krystal og passerede gennem et filter for at producere et infrarødt billede (800 nm) af en "død kat, "eller hvad de omtaler som" kvantekatten. "Parallelt hermed de brugte en klassisk kilde med en LED til at producere billedet af en "levende kat". Derefter, med en optisk opsætning, de lagde begge billeder oven på hinanden og sendte det kombinerede billede til et specielt CCD-kamera kendt som en elektronmultiplikeret ladningskoblet enhed (EMCCD).

Med denne opsætning, de var i stand til at observere, at i princippet, begge lyskilder har samme spektrum, gennemsnitlig intensitet, og polarisering, gør dem ikke til at skelne fra en enkelt måling af intensiteten alene. Men, mens fotoner, der kommer fra den sammenhængende klassiske kilde (LED -lyset), er ukorrelerede, fotoner, der kommer fra kvantekilden (fotonpar), er korreleret i position.

Ved at bruge en algoritme, de var i stand til at bruge disse fotonkorrelationer i position til at isolere det betingede billede, hvor to fotoner ankommer til nabopixel på kameraet og hente det "kvantebelyste" billede alene. Følgelig, det klassiske "levende kat" -billede blev også hentet efter at have trukket kvantebilledet fra det direkte samlede intensitetsbillede.

Et andet overraskende problem fra denne metode er, at forskerne også var i stand til at udtrække pålidelig kvanteinformation, selv når den klassiske belysning var ti gange højere. De viste, at selv når den høje klassiske belysning nedsatte billedkvaliteten, de var stadig i stand til at opnå et skarpt billede af kvantebilledets form.

Denne teknik åbner en ny vej for kvantebilleddannelse og kvanteforbedrede mikroskoper, der har til formål at observere ultrafølsomme prøver. Ud over, resultaterne af denne undersøgelse viser, at denne teknik kunne være af største betydning for kvantekommunikation. Evnen til at blande og udtrække specifik information båret af både kvante og klassisk lys kunne bruges til krypteringsteknikker og kodning af information. I særdeleshed, det kan bruges til at skjule eller kryptere information inden for et signal, når man bruger konventionelle detektorer.

Som prof. Daniele Faccio, kommentarer, "Denne tilgang medfører en ændring i den måde, vi er i stand til at kode og derefter afkode information i billeder, som vi håber vil finde anvendelser inden for områder lige fra mikroskopi til skjult LIDAR. "