作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 亚表面的示意图支持量子边缘检测
亚表面被设计为对优选的线偏振进行边缘检测
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，偏振态与分析仪正交
红色虚线代表电气路径
问号意味着预示臂的闲置光子的偏振选择是未知的
如果薛定谔的猫被来自偏振纠缠源的未知线性偏振光子照射，图像将是规则的“固体猫”和边缘增强的“轮廓猫”的叠加
"(二)预告臂的开关状态为开或关
当传令臂的闲置光子投射到| H \u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\
当预告的光子被投射到| V \u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u\u
(丙和丁)一只实心猫的计算结果和实验结果分别为
边缘增强轮廓猫的计算和实验结果
学分:科学进步，doi:10
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abc4385 元表面提供了独特的平台来实现奇异的现象，包括负折射、消色差聚焦和电磁隐身，这都是由工程电介质或金属架构造成的
亚表面和量子光学的交叉会带来大量有待探索的机会
在最近发表在《科学进展》杂志上的一份新报告中，、周、刘世凯和一个研究小组在中国和美国从事量子信息、纳米光电器件和计算机工程的研究
S
提出并演示了一种偏振纠缠光子源
他们使用光源将成像系统中的光学边缘模式切换到基于高介电亚表面的开或关状态
该实验丰富了量子光学和超材料领域，为量子边缘检测和具有显著信噪比的图像处理提供了一个有前途的方向
结合量子纠缠和边缘检测 光子亚表面是工程金属或电介质结构的二维(2-D)超薄阵列，可以促进对局部相位、振幅和极化的电磁场操纵
研究人员通常为经典光学的各种应用开发这种能力
量子纠缠在量子光学的许多应用中是必不可少的，包括量子密码术、隐形传态、超分辨计量学和量子成像
最近的努力显示出一种趋势，即将亚表面与纠缠光子结合起来，用于量子光学的潜在应用
边缘检测是有助于图像处理以定义图像中区域之间的边界的另一个因素
它是计算机视觉中预处理医学成像自动化的基本工具，并构成了自主车辆的关键组成部分
支持亚表面的边缘检测可以用于量子光学，提供远程控制图像处理和加密的可能性
在这部作品中，周等人
从而实现了偏振纠缠光子源和高效亚表面使能的可切换光学边缘检测方法
组合策略在相同的光子通量水平(单位面积每秒光子数)下显示出高信噪比
实验装置和样品表征
亚表面实现量子边缘检测的实验装置
BDM，宽带介质镜；PBS，偏振分束器；DM，双色镜；光纤耦合器；BPF，带通滤波器；ICCD，增强型电荷耦合器件
通过用405纳米激光泵浦非线性晶体(第二类相位匹配体光子晶体)，通过自发参量下转换过程产生波长为810纳米的正交偏振光子对
蓝色(红色)光路呈现405纳米(810纳米)的光
边缘检测开关在预告臂上
边缘检测成像系统位于成像臂上
(二)部分亚表面样品的照片
比例尺，4毫米
(3)偏光分析，其特征在于2a中标记的样品区域的交叉线性偏振器
蓝色条表示在一个周期内旋转的纳米结构的取向，其代表由激光写入电介质亚表面诱导的Pancharatnam-Berry相
比例尺，50微米
(四)在(三)中标记的样品区域的扫描电子显微镜图像
比例尺，1微米
图片来源:周，加州大学圣地亚哥分校
学分:科学进步，doi:10
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abc4385 使用“薛定谔的猫”的概念 周等
使用薛定谔的猫概念来说明可切换量子边缘检测方案的预期性能
他们回顾了基于经典连续波光照的边缘检测的基本原理
在实验装置中，边缘检测成像臂独立于纠缠源和预示臂，以及重合测量部件
当入射光子达到水平偏振态时，被照射的光束通过一个猫形孔和一个工程化的亚表面，分离成具有水平位移的左手和右手重叠偏振图像
重叠的成分然后通过水平方向的分析仪，形成一个“固体猫”的形象
然而，如果入射光子是垂直偏振的，则重叠的分量重新组合成线性偏振分量，该线性偏振分量被分析器完全阻挡，仅形成猫的轮廓
因此，研究人员使用偏振纠缠光子作为照明源，以这种方式开发量子可切换边缘检测
实验装置和偏振纠缠光子对 纠缠源的特征
(一)符合计数为2 s内一个输出端口的HWP角θ2的函数
计数数据和干扰的红色(蓝色)对应于水平(对角线)投影基准
实线是数据的正弦拟合，误差条通过假设光子计数中的泊松光子统计来估计
误差线是从多次测量中获得的
双光子态重构密度矩阵ρ的实部和虚部
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abc4385 研究人员在嵌入萨尼亚克干涉仪的20毫米长的第二类相位匹配周期性极化磷酸氧钛钾晶体中，利用自发参量下转换过程产生极化纠缠光子
他们将晶体的温度设置为17摄氏度，并使用两个宽带介质镜和一个双波长偏振分束器来形成自稳定的萨尼亚克干涉仪
然后，他们使用405纳米的连续波单频二极管激光器产生泵浦光束，通过一对优化焦距的透镜聚焦，在晶体中心获得大约40微米的束腰
为了平衡顺时针和逆时针方向的功率，周等人
在萨尼亚克环前面使用了四分之一波片(QWP)和半波片(HWP)
使用双波长偏振分束器，他们分离由两个反向传播光束泵浦的向下转换的光子对，以分别将一个发送到成像臂和另一个发送到预告臂
周等
我们还设计了使用Pancharatnam-Berry相位的装置中使用的亚表面，并通过在石英板内扫描飞秒脉冲激光来制造它
然后使用扫描电子显微镜，他们观察了二氧化硅平板中的自组装纳米结构，并在强激光照射下显示了它们的来源，以生成亚表面
研究小组简要描述了由信号环产生的偏振纠缠简并光子对的量子态准备
他们利用贝尔态(不可分量子纠缠的最简单例子)通过调整实验装置来完成这项工作
周等
使用量子层析成像和重构的双光子密度矩阵测量来量化双光子态的纠缠质量
可切换边缘检测演示
与xy平面对齐的亚曲面样本方向
嵌入的黄色箭头指示元曲面的相位梯度方向
(E到H)整个物体的图像包括分离的LCP和RCP分量，这是边缘检测模式的关闭状态
(1至1)图像显示沿不同方向的边缘，这是边缘检测模式的开启状态
图片来源:周，加州大学圣地亚哥分校
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abc4385 纠缠使能的量子边缘检测具有高信噪比
边缘检测图像由预告检测器触发
(乙和丁)ICCD是内部触发的直接图像
(C)和(D)分别沿(A)和(B)中的白色虚线截取
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abc4385 量子纠缠使能的量子边缘检测 在确认了产生的偏振纠缠光子对的质量后，他们展示了可切换的量子边缘检测
为了实现这一点，他们使用该装置制备了水平或垂直线性偏振态的光子，并将光子耦合到光纤中，并将其发送到边缘检测图像系统，以通过增强型电荷耦合器件相机(ICCD)捕获最终的替代图像
比如周等人
获得两个微小位移的重叠图像，其中位移方向与亚表面的相位梯度方向对齐
当它们增加亚表面结构的周期时，它们减少了两个重叠图像之间的偏移，以实现高分辨率的边缘检测
量子边缘检测方案的另一个优势在于其高信噪比，团队可以显著降低设置中的环境噪声，因为噪声只会在非常短的时间内累积
相比之下，在经典光学中，噪声会继续积累
作为概念的证明，他们获得了具有显著信噪比的边缘图像，用于改进纠缠使能的实验量子边缘检测
前景 这样，周，刘世凯和他的同事利用一个亚表面滤波器和一个偏振纠缠源结合起来，实现了量子纠缠态的量子边缘检测
亚表面提供了超薄和轻质的光学元件，具有精确设计的相位轮廓，以获得各种功能，形成更紧凑和集成的系统
该设置将有助于安全应用的概念，包括图像加密和隐写术
该方法还提供了吸引人的信噪比，适用于生物医学中各种需要大量光子的成像和传感应用，包括跟踪酶反应和观察活生物体或感光细胞
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