《自然》子刊：科学家用量子纠缠解决传统全息术局限性

一项于8日发表在《自然》子刊《自然物理学》(Nature Physics)中的研究显示，格拉斯哥大学的物理学家团队首次提出了使用量子纠缠光子来将信息编码为全息图的方法。这是一种使用纠缠光子克服传统全息方法的局限性的新型量子全息术，可以改善医学成像，并加快量子信息科学的发展。

全息图是通过测量两束光在相交处的相位差来创建的。相位是被摄体和被摄体光束的波混合并相互干扰的量，这一过程由称为“相干”的光的属性实现。

格拉斯哥团队的新量子全息照相工艺还使用了分成两个路径的激光束，但是与经典全息照相不同，激光束永远不会重新结合。取而代之的是，该过程利用了量子纠缠的独特特性，即使光束被永远分开，它也可以收集构造全息图所需的相干信息。

实验中，研究人员首先通过特殊的非线性晶体发出蓝色激光，该晶体将光束分成两部分，在过程中产生纠缠的光子。

然后，两条纠缠的光子流沿着不同的路径发送。一束光子流通过测量光子通过目标物体时的减速来探测目标物体的厚度和偏振响应。另一束会击中一个空间光调制器，相当于参考光束。一旦光子通过调制器，它们与已经探测到目标物体的纠缠子有不同的相位。

在标准全息术中，两条路径将相互叠加，它们之间的相位干涉程度将用于在相机上生成全息图。在该团队的量子全息术中，最引人注目的一点是，光子在穿过各自的目标后，不会相互重叠。

相反，因为光子是作为一个单一的“非局域”粒子纠缠在一起的，每个光子单独经历的相移同时被两个光子共享。

研究人员总结道，“我们开发的过程将我们从经典相干性的限制中解放出来，并将全息术引入量子领域。使用纠缠光子提供了创建更清晰、更丰富细节的全息图的新方法，这为该技术的实际应用开辟了新的可能性。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41567-020-01156-1