量子光突破传统光的局限，提升光谱技术性能!

实验装置示意图

一支由工程师和物理学家组成的国际团队发现了一种利用量子光提升光谱技术性能的方法。这一新技术能够测量红外电场，并将时域光谱灵敏度提高一倍。这项研究有助于在安全监测和医学诊断领域开拓出新的应用。相关论文发表在最新一期《科学进展》杂志上。

目前，时域光谱使用的超短激光脉冲可穿过材料样本或从材料样本反射回来。该过程能够精确测量材料随时间变化的分子组成，这是其他形式的光谱技术无法实现的。

2023年诺贝尔物理学奖得主费伦茨·克劳斯团队最近研究表明，时域光谱可用于检测血液样本中癌症等疾病的早期迹象。然而，时域光谱依赖传统光源来探测样本，由于激光光束的散粒噪声特性，其分辨率受到限制。传统光的这一局限性意味着，超过某一特定点后，噪声会超过信号，无法进一步获取关于样本组成的更多信息。

团队利用量子光突破了传统光的局限。他们使用通过量子力学相互配对的双激光脉冲来探测红外场。虽然两束光都会受到散粒噪声的影响，但这种噪声在两束光中的表现是相同的。因此，将一束光的测量结果从另一束光的测量结果中减去时，原本在传统光测量中被散粒噪声掩盖的信号就会显现出来，从而使测量变得更加灵敏。新方法产生的噪声大约是传统光的一半，因此灵敏度可提高一倍。

噪声分析图

团队表示，尽管这项技术仍在开发中，但未来时域光谱可以帮助他们更好地了解材料的构成，检测大气中的污染物或爆炸物等危险物质的痕迹，或探测患者血液样本中严重疾病的分子浓度。新研究同时证明了量子辐射在提高该技术灵敏度方面的有效性。下一步，团队将探索如何在现有基础上进一步提升这项技术，这可能涉及采用引力波探测器中使用的干涉测量技术。

审核编辑 黄宇