实验结果。a， 实验装置。b，相机上的强度图像和 c，相关图像。强度图像没有显示有关物体的信息，但可以在相关图像中看到。信用：物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.093601

索邦大学巴黎纳米科学研究所的研究人员开发了一种新方法，将图像编码为光子对的量子相关性，使其对传统成像技术不可见。该研究发表在《物理评论快报》杂志上。

纠缠光子在各种量子光子学应用中发挥着至关重要的作用，包括量子计算和密码学。这些光子可以通过非线性晶体内称为自发参数下转换 （SPDC） 的过程产生。在 SPDC 过程中，来自高能（蓝色）泵浦激光器的单个光子被分成两个低能（红外）纠缠光子。

某些应用需要这些光子之间特定类型的量子相关性，因此对它们进行精确控制至关重要。这种控制可以通过定制泵浦激光器的特性来实现，尤其是其空间形状。为了探索这种可能性，索邦大学巴黎纳米科学研究所的研究人员正在提出一种方法，用于构建给定物体形状的纠缠光子的空间相关性。

该实验包括将要编码的物体放置在位于晶体前面的透镜的物平面中，然后使用第二个透镜将其成像到相机上（图 1a）。

如果没有晶体，这个设置是一个传统的双镜头成像系统：我们希望在相机上观察到物体的强度（倒置）图像。然而，在晶体存在的情况下，会发生 SPDC，在红外中产生成对的纠缠光子。

如果光谱滤光片仅选择这些对，则在许多光子积累后，在相机上获得的强度看起来是均匀的，并且不会显示有关物体的信息（图 1b）。只有当根据纠缠光子对之间的空间相关性重建物体时，物体的图像才会重新出现（图 1c），这涉及检测每个光子相对于其纠缠孪生体的位置。

重建此类图像需要单光子敏感相机以及量身定制的算法，以识别每次采集中的光子重合并提取它们的空间相关性。

因此，最初由蓝色激光束传输的物体图像被转移到光子对的空间相关性中。

正如该研究的第一作者、博士生 Chloé Vernière 所解释的那样，“如果我们以通常的方式观察光束，逐个计算光子以形成图像，我们会觉得没有信息。但是，如果我们专注于光子的同时到达并分析它们在空间上的分布，就会出现一种模式。

Chloé 的论文导师、该研究的最后一位作者 Hugo Defienne 补充道：“我们实际上是在利用一个相当未被充分利用的光自由度——即光子之间的空间相关性——作为我们打印图像的画布。我们现在希望利用这种成像支持来开发加密系统或散射介质中的成像。

由于其灵活性和实验简单性，这种方法可以促进新成像协议的开发，并在量子通信和密码学等领域找到应用。

通过研究晶体的特性，甚至可以在一束光子对中编码多个图像。通过将相机移动到不同的光学平面，可以显示这些图像，从而允许对更多信息进行编码。

更多信息：Chloé Vernière 等人，在量子相关性中隐藏图像，物理评论快报（2024 年）。DOI：10.1103/PhysRevLett.133.093601。在 arXiv 上： DOI： 10.48550/arxiv.2403.05166

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv