研究人员通过量子幽灵成像实现了第一个3D测量

研究人员通过使用量子幽灵成像成功地进行了第一个3D测量，报告了一个重要的里程碑。

这种技术可以实现3D成像在单个光子的水平上，具有最小的光子暴露的精确测量潜力。创新方法称为异步检测，利用最先进的单光子雪崩二极管（SPAD）阵列检测器。

该技术用于通过量子幽灵成像实现3D成像，如描述在弗劳恩霍夫（Fraunhofer）Optronics，System Technologies and Image开发研究所的研究人员的应用光学期刊上以及德国技术研究所的Karlsruhe技术研究所。

什么是量子幽灵计算？

量子幽灵计算是一种使用称为光子的小粒子进行计算的特殊属性的方法。想象这些光子是一小包光。在这种技术中，科学家使用了这些“纠缠”的光子对，这意味着它们以特定的方式连接，即使它们相距遥远。

现在，科学家不仅使用这些纠缠的光子来制作像常规幽灵成像中的图像，还可以使用它们进行计算。他们从这对中取一个光子，然后将其发送到他们想要研究的对象。该光子从物体上弹起并返回，而特殊的相机会捕获另一个光子。

该团队的研究人员Carsten Pitsch表示，他们的突破在各个领域都有巨大的应用，尤其是在诸如生物医学成像之类的敏感领域。

“带有单个光子的3D成像可用于各种生物医学应用，例如眼保健诊断，” Pitsch解释了。 “它可以应用于对光线或药物敏感的材料和组织，这些材料和组织暴露于光线时会在没有任何损害风险的情况下变得有毒。”

与常规方法不同，研究人员利用了新的Spad阵列探测器，为时间检测和精确的空间分辨率提供了前所未有的功能。

这种进步对于克服以前的量子幽灵成像设置的局限性至关重要，由于依赖加强电荷耦合器件（ICCD）摄像机，无法实现3D成像。

研究人员采用的方法涉及利用一对纠缠光子 - 信号光子和惰轮光子 - 通过使用单个光子照明来生成3D图像。

这个过程需要将惰轮光子引导到对象并定时检测反向散射光子。同时，信号光子由专用摄像头捕获。

通过比较这些检测的时间，研究人员能够重建纠缠并准确确定对象的深度。

研究的关键方面涉及在KTP晶体中实施周期性策略。这项创新极大地促进了针对不同泵，信号和怠速光子组合的有效的准阶段匹配。

这种适应性使该技术可以应用于各种应用和波长，从而展示了其多功能性和在多个领域的潜在影响。

研究人员通过两个不同的设置证明了其异步检测方法的可行性。一种类似于迈克尔逊干涉仪的设置改进了SPAD性能和一致检测 - 另一个使用的自由空间光学元件，重点是以申请为中心的对象成像。

尽管需要进一步的完善和开发，但研究人员的工作强调了量子幽灵成像进行3D测量的巨大潜力。

他们的目标包括增加SPAD摄像机的空间分辨率和占空比，探索高光谱成像，并有望在许多应用中取得显着进步。