科技日报记者 吴长锋

记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队史保森教授，周志远副教授等与合作者合作，利用高品质偏振纠缠源和高效介质超表面，实现了待检测图像状态在正常模式和边缘探测模式远程的开关切换，并且证实了在弱光场照明下，纠缠光子照明相对于直接单光子照明具有更高的信噪比。这项研究成果日前在线发表在美国《科学》杂志子刊《科学进展》上。

近几年，超表面材料与量子光学结合成为一个重要的趋势。边缘探测是图像处理过程中的一种常用手段，相较于传统的数字边缘提取方法，模拟边缘提取方法具有更高的速度和更低的能耗，其中一种就是基于超表面材料，但在量子纠缠照明下的超表面器件边缘探测还没有相关研究。 

 科研人员用线偏振光照射超表面器件会发生光自旋霍尔效应，从而使两个圆偏振的出射光场在空间发生微小的平移，出射光场的中间部分的偏振态还是线偏振，边缘部分是圆偏振，通过检偏器可以提取待成像物体的边缘轮廓。利用偏振纠缠光源中的一个光子进行照明，由于该光子含有两种可能的偏振状态，在另外一个光子没有进行测量的时候，成像的状态是未知的，通过测量另外一个光子的状态，用于照明的光子的偏振状态也会随之确定，因此通过远程切换纠缠光子对中的用于触发的光子的偏振状态可以得到不同的成像效果，可以实现成像的模式在正常模式和边缘探测模式的远程切换。此外，偏振纠缠光子在时间上也具有极高的关联性，通过纠缠光源照明，并且利用符合探测的方式，我们证明了在极弱光场照明下，在单光子CCD采集的总等效光子数相同的情况下，基于纠缠照明和符合探测相对于直接照明探测具有更高的信噪比。

 该研究成果在图像加密和隐写上具有潜在的应用，另外在光子照明匮乏的场景如酶反应跟踪与生物活体细胞的观察上，较高的信噪比会表现出一定的优势，该成果将会促进更多的关于量子光学和超表面材料相结合的相关研究。

中国科技网2020年12月29日

http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2020-12/29/content_1066144.shtml