物理学家利用光子对的量子相关性来隐藏标准相机的图像

如果你能将图像隐藏在普通的视线中，甚至最先进的相机都无法检测到，那会怎样?想象一下，利用量子光学特性对视觉信息进行编码，使其对普通成像技术不可见。

这正是巴黎索邦大学纳米科学研究所的一个研究小组所取得的成就，他们利用纠缠光子开发了一种新的量子成像方法。

雨果·德菲安(HugoDefienne)和他的团队已经开发出一种技术，将图像编码到纠缠光子之间的空间相关性中。光粒子以这样一种方式连接在一起，即它们的空间自由度即使在很远的距离内也具有很强的相关性。

“纠缠光子是许多应用的基础，例如量子计算和密码学，”在Defienne指导下攻读博士学位的Chlo&ute;Vernière说道，他是《物理评论快报》上发表的研究的第一作者。“因此，能够调整光子的空间相关性以满足不同的需求至关重要。”

研究团队探索了如何塑造这种量子特性，以一种标准相机看不见的方式对视觉信息进行编码。

他们利用一种称为自发参量下转换(SPDC)的过程来产生纠缠光子对。通过让蓝色激光发出的高能光子穿过非线性晶体，该光子被分裂成两个低能纠缠光子。

实验装置(见图1a)包括使用透镜将图像投射到蓝色激光路径中的非线性晶体上。如果没有晶体，该装置的行为就像传统的成像系统一样，产生物体的图像。但是，当晶体存在时，会发生SPDC过程，只有纠缠的光子对到达相机。

接下来发生的事情令人震惊：相机没有看到图像，而是记录了均匀的强度(见图1b)，没有显示原始物体的任何痕迹。其信息现在隐藏在纠缠光子之间的量子关联中。

为了揭开隐藏的图像，研究人员使用了单光子敏感相机，并开发了检测光子巧合的算法——纠缠光子对同时到达相机的事件。通过分析这些巧合，研究人员能够根据光子对的空间相关性重建图像(见图1c)。

概念性地总结图像编码对量子相关性贡献的图表。图片来源：Chlo&ute;Vernière和HugoDefienne

“图像被转移到光子的空间相关性中，”Defienne说。“如果你试图像普通成像那样观察它——只是通过计算单个光子——你什么也看不到。

“但如果你测量光子同时到达的情况，并分析它们的空间分布，图像就会出现。这里的关键是，我们利用了传统成像中通常不会利用的光的量子特性。”

Vernière补充道：“这种方法非常灵活，实验设计也相对简单，因此在实际应用中很有前景。我们相信，通过控制晶体和激光的特性，可以将多个图像编码到一束纠缠光子中。”

由于量子光比传统光更强、更有弹性，该技术还可以用于安全量子通信或甚至通过散射介质(如雾或生物组织)进行成像。

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