新型量子传感器打破光学测量极限

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韩国标准与科学研究院(KRISS)开发出一种新型量子传感器技术，利用量子纠缠现象，可以用可见光测量红外区域的扰动。这将实现低成本、高性能的红外光学测量，而以前的测量在提供高质量结果方面存在局限性。

这项研究成果发表在《量子科学与技术》(Quantum Science and Technology)杂志上。

当一对光子(光粒子的最小单位)通过量子纠缠联系在一起时，无论它们各自的距离有多远，它们都会共享一个相关的量子态。最近开发的未探测光子量子传感器是一种远程传感器，它利用两个光源重现这种量子纠缠。

未检测到的光子(惰光)是指到达测量目标并反弹回来的光子。未检测到的光子传感器不直接测量这个光子，而是测量通过量子纠缠联系在一起的这对光子中的另一个光子，从而获得有关目标的信息。

基于未探测光子的量子传感是一项新兴技术，直到最近十年才得以实现。由于该技术仍处于早期阶段，全球研究界仍在积极开展开发竞赛。KRISS 开发的未探测光子量子传感器与以往研究的不同之处在于其核心光度测量装置--光电探测器和干涉仪。

研究人员正在用复合干涉仪实验装置的泵浦激光器进行光学对准。

光电探测器是一种将光转换为电信号输出的装置。现有的高性能光电探测器在很大程度上仅限于应用于可见光带宽。虽然红外波段在许多领域的各种应用测量中都很有用，但要么没有可用的探测器，要么只有性能较差的探测器。

KRISS 的这项最新研究允许使用可见光探测器来测量红外波段的光状态，从而实现了高效测量，而无需昂贵和耗电的设备。它的应用范围非常广泛，包括三维结构的无损测量、生物测量和气体成分分析。

干涉仪是精密光学测量中的另一个关键因素，它是一种通过对经过不同路径的多束光线进行积分来获取信号的装置。传统的未探测光子量子传感器主要使用简单的迈克尔逊干涉仪，采用简单的光路，限制了可测量目标的数量。

KRISS 开发的传感器采用混合干涉仪，可根据目标物体灵活改变光路，大大提高了可扩展性。因此，该传感器可根据被测物体的大小或形状进行修改，适用于各种环境要求。

KRISS 的量子光学小组对决定量子传感器关键性能指标的因素进行了理论分析，并通过使用混合干涉仪对其有效性进行了实证验证。

研究小组将红外波段的光反射到待测的三维样品上，并测量可见光波段的纠缠光子，从而获得样品图像，包括其深度和宽度。研究小组成功地通过可见光波段的测量重建了三维红外图像。

KRISS 量子光学组组长 Park Hee Su 说："这是一个突破性的例子，利用量子光学原理克服了传统光学传感的限制。他补充说，KRISS “将继续开展后续研究，通过缩短测量时间和提高传感器分辨率来实现该技术的实际应用”。

审核编辑 黄宇