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用纠缠态光子提高显微镜的信噪比
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作者：Hamish Johnston 文，葛韶锋 译 提交人：gesf （2008年4月07日 周一） 类型：news article （Chinese） 引用网址：http://www.qiji.cn/eprint/abs/3651.html 注释：译自 physicsworld.com, Entangled photons could sharpen your view. (译文 1070字) 相关网址：http://physicsworld.com/cws/article/news/33484 摘要/内容： 在量子信息系统中噪声常常是致命性的不利因素，只要有一点噪声量子计算机（Quantum Computer）就不能够正常工作。然而最近由来自美国麻省理工学院（MIT: Massachusetts Institute of Technology）的Seth Lloyd提出一种方法，利用量子系统对噪声的敏感性来制造性能更好的量子成像系统，化害为利。他相信这样的系统与传统的光学成像技术相比其信噪比将会呈指数倍地提高，虽然他同时也承认要实现这一想法并不容易。 传统的光学成像系统，比如显微镜，通过将光照射到物体上并探测反射光而成像的。在不考虑背景噪声的情况下这是最简单的成像过程；而在背景噪声干扰有影响的时候，从随机源发出的光子和反射光混合起来，使得信噪比难以提高从而不能呈现清晰的图像。 选择性探测器 传统的光子探测器没有办法区分反射光和背景噪声中相似光子，而Lloyd则坚信量子纠缠（Quantum Entanglement）可以被用来过滤背景噪声。在Lloyd设计的系统中首先要制备出处于量子纠缠态的光子对。纠缠是量子力学特有的效应，相互纠缠在一起的粒子间共同享有的关系比经典物理中所能允许的更为紧密。纠缠的一个重要特征就是成对产生的纠缠粒子对在随后的演化过程中能够保持这种纠缠的性质，从而将纠缠态的信息保存下来。 在lloyd的方案中，一个处于纠缠态的光子打到待测物体上，这个光子被称为信号光子；而处于纠缠态的另一个光子则留在成像设备中作为参照，这个光子被称为参照光子(arXiv: 0803.2022)。如果信号光子被待测物反射并回到成像设备中，它将和参照光子——参照光子这时候还保留着它的纠缠伙伴（也就是信号光子）的信息——做一个比较。如果成像设备接受到的光子能够和参照光子匹配——说明这就是信号光子——它将被用来重建待测物的图像；否则的话它将作为背景噪声被过滤掉。 按照Lloyd的计算，根据他的方案制造出来的成像设备能够达到的信噪比将是传统设备所能达到的2e倍。这里的2e表示双光子纠缠度，它可以用纠缠光子对的电磁场模数来表示。 光子晶体 要实现这个方案需要克服的困难在于如何比较信号光子和参照光子。Lloyd相信，原则上这可以通过将信号光子和参照光子送入光子晶体——这是一种高折射率和低折射率区域交替规则分布的特殊材料——将之混合成高能量的单一光子来实现。 这是所谓的“向下转换”（Down-Conversion）技术——这一技术通常被用来制备纠缠态光子——的逆过程。按照Lloyd的说法，如果两个光子都保有纠缠态信息，它们很有可能混合成一个单一的光子。 实现这一点要求同时将反射回来的信号光子和参照光子置于同一个位置，而Lloyd承认这一点是非常困难的。但是他同时也指出，没有理由说这是做不到的，而且与物理学家们目前在尝试发展的其它量子信息过程相比应该相对更容易做到。 Lloyd告诉PhysicsWorld，这一系统的一个可能应用是提高光学通讯系统的性能。 |
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