【儀表網 研發快訊】中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子測量與傳感研究方面取得進展。該團隊李傳鋒、許金時、劉曌地等首次提出并實驗實現了量子夏克–哈特曼波前傳感器。該團隊通過重構雙光子橫向空間波函數，觀測了位置糾纏光子對在自由空間傳播時振幅關聯和相位關聯的動力學演化。7月16日，相關研究成果發表在《物理評論快報》上。
光場相位分布的測量是關鍵問題，特別是在自適應光學中可用來校正像差的影響。此前，該團隊在經典波前傳感研究方面取得了進展。
經典光學中，夏克–哈特曼波前傳感是廣泛使用的相位測量方法。該方法使用微透鏡陣列，將光場在局部空間的傳播方向轉換為聚焦光斑的位移，從而測量得到光場相位梯度的分布，并重構出相位。同時，它的空間分辨率由透鏡尺寸決定。該團隊受此啟發，提出并實現了量子夏克–哈特曼波前傳感器，觀測到位置糾纏光子對空間波函數的動力學演化。雙光子射入透鏡陣列后，在其后焦面探測雙光子的聯合空間概率分布。研究發現，通過對單個微透鏡孔徑內所有點的條件概率分布求和并利用梯度算法可以重構出相位，結合強度分布即可得到雙光子空間波函數。該團隊測量了自發參量下轉換產生的光子對在自由空間不同演化時間的空間波函數，觀測到雙光子在自由空間傳播過程中振幅關聯逐漸變弱而相位關聯逐漸變強的過程。進一步，該團隊測量了雙光子在動量空間使用空間光調制器加載雙曲拋物面相位后的波函數。
上述方法作為量子自適應光學這一新領域的關鍵技術，有望應用于量子通信、天文觀測和多光子相互作用的檢驗中。
研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國博士后科學基金會、安徽省的支持。
量子波前傳感原理示意圖(小圖)和實驗裝置圖
實驗結果圖
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