我國學(xué)者實(shí)現(xiàn)量子超表面圖像邊緣探測 或可應(yīng)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(tuán)隊(duì)史保森教授,周志遠(yuǎn)副教授等與合作者合作,利用高品質(zhì)偏振糾纏源和高效介質(zhì)超表面,實(shí)現(xiàn)了待檢測圖像狀態(tài)在正常模式和邊緣探測模式遠(yuǎn)程的開關(guān)切換,并且證實(shí)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(xiàng)研究成果日前在線發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》上。
近幾年,超表面材料與量子光學(xué)結(jié)合成為一個(gè)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(tǒng)的數(shù)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(guān)研究。
科研人員用線偏振光照射超表面器件會(huì)發(fā)生光自旋霍爾效應(yīng),從而使兩個(gè)圓偏振的出射光場在空間發(fā)生微小的平移,出射光場的中間部分的偏振態(tài)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(gè)光子進(jìn)行照明,由于該光子含有兩種可能的偏振狀態(tài),在另外一個(gè)光子沒有進(jìn)行測量的時(shí)候,成像的狀態(tài)是未知的,通過測量另外一個(gè)光子的狀態(tài),用于照明的光子的偏振狀態(tài)也會(huì)隨之確定,因此通過遠(yuǎn)程切換糾纏光子對中的用于觸發(fā)的光子的偏振狀態(tài)可以得到不同的成像效果,可以實(shí)現(xiàn)成像的模式在正常模式和邊緣探測模式的遠(yuǎn)程切換。此外,偏振糾纏光子在時(shí)間上也具有極高的關(guān)聯(lián)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(shù)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(yīng)用,另外在光子照明匱乏的場景如酶反應(yīng)跟蹤與生物活體細(xì)胞的觀察上,較高的信噪比會(huì)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,該成果將會(huì)促進(jìn)更多的關(guān)于量子光學(xué)和超表面材料相結(jié)合的相關(guān)研究。(吳長鋒)
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