一种用于未探测光子量子传感器的复合干涉仪实验装置。图片来源：韩国标准科学研究院 （KRISS）

韩国标准科学研究院（KRISS）开发了一种新型量子传感器技术，该技术允许利用量子纠缠现象测量可见光在红外区域的扰动。这将实现低成本、高性能的红外光学测量，而这在以前是提供高质量结果的局限性。

这项工作发表在《量子科学与技术》杂志上。

当一对光子（光粒子的最小单位）通过量子纠缠连接时，无论它们各自的距离如何，它们都共享相关的量子态。最近开发的未探测光子量子传感器是一种远程传感器，它利用两个光源来重现这种量子纠缠。

未检测到的光子（惰子）是指传播到测量目标并反弹回来的光子。未检测到的光子传感器不是直接测量这个光子，而是测量通过量子纠缠连接的对中的另一个光子，以获取有关目标的信息。

基于未探测光子的量子传感是一项新兴技术，直到最近十年才实现。由于该技术仍处于早期阶段，全球研究界继续积极参与开发竞赛。KRISS开发的未探测光子量子传感器与之前在其核心光度测量设备，光电探测器和干涉仪方面的研究不同。

研究人员使用复合干涉仪实验装置的泵浦激光器进行光学对准。图片来源：韩国标准科学研究院 （KRISS）

光电探测器是一种将光转换为电信号输出的设备。现有的高性能光电探测器在可见光带宽上的应用在很大程度上受到限制。虽然红外区域的波长可用于许多领域的各种应用中的测量，但要么没有可用的探测器，要么只有性能较差的探测器。

KRISS的最新研究允许使用可见光探测器来测量红外波段的光状态，从而实现高效测量，而无需昂贵且耗电的设备。它可用于广泛的应用，包括三维结构的无损测量、生物测量和气体成分分析。

精密光学测量的另一个关键元件是干涉仪，它通过集成通过不同路径传播的多条光线来获取信号。传统的未探测光子量子传感器主要使用简单的迈克尔逊干涉仪，采用简单的光路，限制了可测量的目标数量。

KRISS开发的传感器采用了混合干涉仪，可以根据目标物体灵活改变光路，大大提高了可扩展性。因此，该传感器适合适应各种环境要求，因为它可以根据被测物体的大小或形状进行修改。

KRISS的量子光学小组对决定量子传感器关键性能指标的因素进行了理论分析，并通过使用混合干涉仪实证证明了其有效性。

研究团队将红外波段的光反射到待测的三维样品上，并测量可见光带宽内的纠缠光子，以获得样品图像，包括其深度和宽度。该团队已经成功地从可见光范围内进行的测量中重建了三维红外图像。

KRISS量子光学组组长Park Hee Su表示：“这是一个突破性的例子，它通过利用量子光学原理克服了传统光学传感的局限性。他补充说，KRISS“将继续通过减少测量时间和提高传感器分辨率来对该技术的实际应用进行后续研究。

更多信息：Eun Mi Kim 等人，混合干涉仪的量子光学诱导相干断层扫描，量子科学与技术 （2023）。DOI： 10.1088/2058-9565/ad124d

期刊信息： Quantum Science and Technology