物理學家首次使用量子躍遷將信息編碼在全息圖中

原標題：物理學家首次使用量子躍遷將信息編碼在全息圖中

涉及糾纏光子的一項新技術剛剛開創了世界第一。物理學家通過使用量子力學成功地在全息圖中編碼信息，克服了傳統全息術的重大侷限。

從娛樂目的到更嚴格的應用程序（例如醫學成像），這可能會導致全息顯着升級。

蘇格蘭格拉斯哥大學的物理學家Hugo Defienne説： “經典全息術在光的方向，顏色和偏振方面做得非常聰明，但是它有侷限性，例如來自不需要的光源的干擾以及對機械不穩定的強烈敏感性。”

“我們開發的過程使我們擺脱了經典相干的侷限，將全息術帶入了量子領域。使用糾纏光子提供了創建更清晰，更豐富的全息圖的新方法，這為該技術的實際應用開闢了新的可能性。 ”

全息圖是很多人每天都會看到的東西。簡單來説，它們是通過操縱光以產生三維圖像的二維表示而製成的。

它們被用於鈔票，銀行卡和護照上的安全目的，但是它們的應用範圍很廣，從藝術和娛樂到導航到醫學成像。

潛在的用途也令人興奮。數據存儲仍在研究中。當糾結起來時，全息存儲可能成為大容量數據存儲中的下一件大事。

為了以傳統方式創建全息圖，將一束激光分成兩部分。在源頭，兩個光束是相干的。也就是説，頻率和相位是相同的。一束稱為物體光束，從要渲染的物體上反射回來。該反射光被導向收集板。

另一個光束稱為參考光束，直接指向收集板。此時，兩個光束混合併產生干涉圖樣。兩個光束之間的相位差是允許創建全息圖的原因。

Defienne和他的團隊使用類似的設置，並使用了分開的激光束。但是，他們沒有將兩個光束都指向一個收集板，而是嘗試利用量子糾纏。這是一種現象，成對的粒子-在這種情況下為光子（光的粒子）-以這樣的方式鏈接在一起：即使在很遠的距離上，對一個粒子執行的操作也會影響另一個。

可以通過成對的β硼酸鋇晶體板發出更高能量的激光來產生糾纏的光子。這將光子分成兩個糾纏的光子，每個光子的能量是原始能量的一半。這就是團隊從紫藍色激光開始所做的工作。

按照傳統的全息術，一束光束在被百萬像素數碼相機收集之前就對準了一個物體。但是，另一束糾纏的光子束被導向空間光調製器，該空間光調製器在通過第二個相機收集光子之前，會稍微減慢光子通過的速度。

與物光束相比，這種輕微的減速改變了光子的相位。這意味着兩個光束不需要重疊-通過測量兩個相機中糾纏的光子位置之間的相關性來創建全息圖。最後，將四個全息圖組合在一起，以獲得高分辨率的相位圖像。

（格拉斯哥大學）

“近年來，在光學量子物理學中有許多重大發現是使用簡單的單像素傳感器實現的。它們的優點是體積小，速度快且價格適中，但缺點是它們只能捕獲非常有限的有關量子態的數據。糾纏的光子參與了這一過程。要捕獲我們可以在單個圖像中收集的細節水平將花費大量的時間，”格拉斯哥大學的物理學家Daniele Faccio解釋説。

“我們使用的CCD傳感器為我們提供了前所未有的分辨率-每個糾纏光子的每個圖像最多10,000像素。這意味着我們可以測量其糾纏的質量以及光束中光子的數量精確度很高。”

該團隊使用他們的新技術生成了格拉斯哥大學徽標的全息圖，以及真實的三維物體，例如一條透明膠帶和一部分羽毛。另外，您在封面圖片中看到的笑臉。

這證明了該技術在測量生物結構方面的潛在用途。它甚至可以實現具有大視野的新型顯微鏡以及其他潛在用途。

Defienne説： “這些應用之一可能是在醫學成像中，全息術已經在顯微鏡中用於檢查通常接近透明的精緻樣品的細節。”

“我們的過程允許創建更高分辨率，更低噪聲的圖像，這可以幫助揭示細胞的更精細細節，並幫助我們更多地瞭解生物學在細胞水平上的功能。”