新的量子光子学技术可创建更好的全息图

通过记录和重建包含单个光粒子的微弱光束，一项新技术打开了远程物体全息成像的大门。 来自渥太华大学、加拿大国家研究委员会(NRC)和伦敦帝国理工学院的研究人员已经开发出一种新的量子启发技术来进行全息摄影，使用激光渲染三维图像，就像在《星际迷航》和《星球大战》中一样。

实验实验装置 在渥太华理学院物理系兼职教授Benjamin Sussman博士的带领下，研究人员在渥太华NRC极端光子学联合中心合作，开发了一种开创性的量子全息技术。他们的目标是记录和重建极其微弱的光束，这些光束仅由一种被称为光子的光粒子组成。   他们的研究成果有可能彻底改变3D场景重建，并在不同领域解锁大量应用程序。

准确地重建三维场景一直是成像领域的目标。从自动驾驶汽车到增强现实的应用都依赖于这一领域的进步。

项目负责人Sussman说：“我们团队引入的量子全息技术比传统的全息技术有两个显著的优势。首先，它展示了对全息图记录过程中振动等机械不稳定性的卓越恢复能力。由于易受振动影响，传统的全息术需要较短的曝光时间，而这项新技术使研究人员能够长时间记录全息图，确保极高的精度。其次，我们的新技术可以用来记录自发光或远程物体的全息图。” 这开辟了许多可能性，为远距离物体的3D成像和表征量子点和单个原子的单光子发射的空间形状铺平了道路。 Sussman说：“研究小组的成就是通过量子成像的进步和尖端商业相机技术的可用性而实现的。通过利用先进的相机，每当它们检测到单个光粒子时，就会提供精确的时间和位置标记，我们能够解决记录全息图所需的相关性。这一突破突出了量子研究和技术发展之间的协同作用。”

传统摄影主要捕捉场景强度，但全息摄影更进一步，结合了相位信息，即从场景不同部分收集的光之间的相对延迟。

振幅干涉是指两个波的振幅(或能量)叠加成建设性或破坏性的现象，在全息摄影中起着至关重要的作用。然而，新开发的技术使用了一种不同类型的干扰。该论文的主要作者、前渥太华大学硕士学生纪尧姆·特卡达斯博士说：“我们的全息图记录了两个光源强度之间的相关性，可以揭示单光子的量子干涉效应。” 这项研究有着深远的影响，从增强现有的全息技术到在天文学、纳米技术和量子计算等领域的全新应用，全息摄影的未来充满光明。 该项研究成果发表在《科学进展》杂志上。