我(wo)校郭光(guang)(guang)燦院(yuan)士(shi)團(tuan)隊在(zai)量(liang)子橢(tuo)圓偏振成(cheng)像研究中取得重要(yao)進展(zhan)：該(gai)團(tuan)隊史(shi)保森教(jiao)授(shou)、周(zhou)志遠副(fu)教(jiao)授(shou)課題(ti)組將(jiang)高品質偏振糾(jiu)纏(chan)光(guang)(guang)源與經典偏振成(cheng)像技術相結合，在(zai)弱光(guang)(guang)場下實現(xian)了(le)對周(zhou)期性分布(bu)各向異性材料雙折射特性的(de)觀測(ce)，并且展(zhan)示了(le)在(zai)同等光(guang)(guang)強(qiang)環境下，該(gai)系(xi)統相較于(yu)經典測(ce)量(liang)系(xi)統具備(bei)更高的(de)探測(ce)準確度及抗雜散光(guang)(guang)干擾能力。這項成(cheng)果于(yu)4月(yue)4日在(zai)線發表在(zai)國際知名期刊《Npj quantum information》上。
偏振(zhen)(zhen)(zhen)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)技(ji)術能夠捕捉(zhuo)材料中與(yu)(yu)偏振(zhen)(zhen)(zhen)相關的(de)特(te)性(xing)，顯著增強(qiang)傳統成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)中難以(yi)區(qu)分的(de)背景與(yu)(yu)目(mu)標對比度，并(bing)能測(ce)量(liang)(liang)(liang)常(chang)規(gui)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)無法探測(ce)的(de)光(guang)學常(chang)數(shu)、手(shou)性(xing)特(te)征(zheng)、應力應變分布(bu)等(deng)參數(shu)，其應用范圍涵蓋基礎(chu)物(wu)理(li)研究以(yi)及(ji)目(mu)標識別、應力檢(jian)測(ce)、生物(wu)醫學診斷和遙(yao)感等(deng)前(qian)沿領(ling)域(yu)。在(zai)(zai)偏振(zhen)(zhen)(zhen)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)中引入量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)照明(ming)為(wei)提高測(ce)量(liang)(liang)(liang)精度開辟了一(yi)條新的(de)途徑，特(te)別是在(zai)(zai)低照度領(ling)域(yu)，科研人員已在(zai)(zai)理(li)論及(ji)實驗上證明(ming)特(te)定(ding)的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)在(zai)(zai)同等(deng)光(guang)照強(qiang)度下具(ju)(ju)備(bei)打(da)破(po)標準量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)極限的(de)能力，且(qie)糾(jiu)纏(chan)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)非(fei)局域(yu)特(te)性(xing)在(zai)(zai)遠程操控(kong)領(ling)域(yu)同樣(yang)具(ju)(ju)有(you)重要(yao)意義。到目(mu)前(qian)為(wei)止，量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)工作的(de)重點(dian)是精確測(ce)量(liang)(liang)(liang)被測(ce)樣(yang)品的(de)外部形狀，與(yu)(yu)偏振(zhen)(zhen)(zhen)相關的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)研究大多(duo)聚(ju)焦在(zai)(zai)對均(jun)勻材料的(de)單點(dian)雙折射特(te)性(xing)檢(jian)測(ce)，而將偏振(zhen)(zhen)(zhen)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)與(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)相結合的(de)工作仍有(you)待探索。
史保森教授、周志遠副教授等人長期從事基于非線性過程的非經典量子光源的制備與應用相關研究，目前已經將量子光源應用于量子超表面邊緣探測[Sci.Adv.6，eabc4385（2020）]、偏振干涉儀中的光子干涉行為研究[Phys.Rev.Lett.120，263601（2018）]等工(gong)作(zuo)中。在(zai)(zai)(zai)這項工(gong)作(zuo)中，團隊將在(zai)(zai)(zai)偏(pian)振糾纏(chan)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)光(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制備(bei)與表(biao)征方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢引入(ru)到(dao)經(jing)典光(guang)(guang)度(du)(du)式偏(pian)振檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)(tong)中，通過構造控(kong)制端和測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)端分(fen)離的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙路偏(pian)振檢(jian)測(ce)結(jie)(jie)構，實(shi)現了(le)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)橢偏(pian)成(cheng)像系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)構建(jian)。該(gai)工(gong)作(zuo)選取具有(you)周期(qi)性(xing)雙折射(she)特(te)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各向異性(xing)材料(liao)作(zuo)為樣品(pin)，以(yi)結(jie)(jie)構相似性(xing)指數(shu)（SSIM）作(zuo)為定量(liang)(liang)(liang)(liang)衡量(liang)(liang)(liang)(liang)成(cheng)像品(pin)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)標準(zhun)，在(zai)(zai)(zai)光(guang)(guang)照(zhao)強度(du)(du)逐漸減弱至百光(guang)(guang)子(zi)量(liang)(liang)(liang)(liang)級的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)照(zhao)明條件(jian)以(yi)及(ji)不(bu)同強度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜(za)(za)散光(guang)(guang)擾(rao)動光(guang)(guang)源(yuan)下，對量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)及(ji)經(jing)典偏(pian)振成(cheng)像系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)果進行質量(liang)(liang)(liang)(liang)評估和比對，驗證了(le)弱光(guang)(guang)條件(jian)下量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)橢偏(pian)成(cheng)像系(xi)統(tong)(tong)具備(bei)更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)準(zhun)確性(xing)以(yi)及(ji)更(geng)強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗干(gan)擾(rao)特(te)性(xing)。此(ci)外，團隊利用糾纏(chan)光(guang)(guang)源(yuan)所特(te)有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)非局域性(xing)展(zhan)示了(le)系(xi)統(tong)(tong)在(zai)(zai)(zai)遠程操控(kong)入(ru)射(she)偏(pian)振態方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)，該(gai)特(te)性(xing)使得量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)橢偏(pian)系(xi)統(tong)(tong)在(zai)(zai)(zai)檢(jian)測(ce)過程中對測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)光(guang)(guang)路的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾(rao)降(jiang)到(dao)更(geng)低(di)水(shui)準(zhun)，有(you)利于探測(ce)結(jie)(jie)果的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定，并適用于一些不(bu)可達(da)或(huo)易擾(rao)動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)復雜(za)(za)探測(ce)環境。
圖1.（A）實驗(yan)裝(zhuang)置圖和（B）光(guang)源質量評估
圖(tu)2.實驗(yan)結果圖(tu)。（A）不同入射光(guang)強下(xia)成像比對(dui)（B）不同噪聲(sheng)環(huan)境(jing)下(xia)成像比對(dui)（C）系統最(zui)低可成像光(guang)強探索
該工作是量子糾纏與偏振成像相結合的一次有趣的嘗試。通過結合兩領域各自的優勢，該系統有望在光敏薄膜材料的偏振特性檢測，無接觸、無創式生物醫學偏振成像，以及復雜天氣環境中的目標識別等方向實現潛在應用。188bet足球已出站的博士后解孟雨與已畢業的博士生牛素儉為共同第一作者，史保森、周志遠為論文共同通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院、科技部和中國金宝搏入口188“雙一流”建設經費的支持。
文章鏈接：//www.nature.com/articles/s41534-025-01014-z
（中(zhong)國科學院(yuan)量(liang)子信息重點實驗室、物(wu)理學院(yuan)、中(zhong)國科學院(yuan)量(liang)子信息和量(liang)子科技創新研究院(yuan)、科研部）
