我國學者實現量子超表面圖像邊緣探測 或可應用在圖像加密和隱寫上

記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊史保森教授，周志遠副教授等與合作者合作，利用高品質偏振糾纏源和高效介質超表面，實現了待檢測圖像狀態在正常模式和邊緣探測模式遠程的開關切換，并且證實了在弱光場照明下，糾纏光子照明相對于直接單光子照明具有更高的信噪比。這項研究成果日前在線發表在美國《科學》雜志子刊《科學進展》上。

近幾年，超表面材料與量子光學結合成為一個重要的趨勢。邊緣探測是圖像處理過程中的一種常用手段，相較于傳統的數字邊緣提取方法，模擬邊緣提取方法具有更高的速度和更低的能耗，其中一種就是基于超表面材料，但在量子糾纏照明下的超表面器件邊緣探測還沒有相關研究。

科研人員用線偏振光照射超表面器件會發生光自旋霍爾效應，從而使兩個圓偏振的出射光場在空間發生微小的平移，出射光場的中間部分的偏振態還是線偏振，邊緣部分是圓偏振，通過檢偏器可以提取待成像物體的邊緣輪廓。利用偏振糾纏光源中的一個光子進行照明，由于該光子含有兩種可能的偏振狀態，在另外一個光子沒有進行測量的時候，成像的狀態是未知的，通過測量另外一個光子的狀態，用于照明的光子的偏振狀態也會隨之確定，因此通過遠程切換糾纏光子對中的用于觸發的光子的偏振狀態可以得到不同的成像效果，可以實現成像的模式在正常模式和邊緣探測模式的遠程切換。此外，偏振糾纏光子在時間上也具有極高的關聯性，通過糾纏光源照明，并且利用符合探測的方式，我們證明了在極弱光場照明下，在單光子CCD采集的總等效光子數相同的情況下，基于糾纏照明和符合探測相對于直接照明探測具有更高的信噪比。

該研究成果在圖像加密和隱寫上具有潛在的應用，另外在光子照明匱乏的場景如酶反應跟蹤與生物活體細胞的觀察上，較高的信噪比會表現出一定的優勢，該成果將會促進更多的關于量子光學和超表面材料相結合的相關研究。(吳長鋒)