通過記錄和重建包含單個(gè)光粒子的微弱光束，一項(xiàng)新技術(shù)打開了遠(yuǎn)程物體全息成像的大門。來自渥太華大學(xué)、加拿大國家研究委員會(huì)(NRC)和倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的量子啟發(fā)技術(shù)來進(jìn)行全息攝影，使用激光渲染三維圖像，就像在《星際迷航》和《星球大戰(zhàn)》中一樣。

實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置在渥太華理學(xué)院物理系兼職教授Benjamin Sussman博士的帶領(lǐng)下，研究人員在渥太華NRC極端光子學(xué)聯(lián)合中心合作，開發(fā)了一種開創(chuàng)性的量子全息技術(shù)。他們的目標(biāo)是記錄和重建極其微弱的光束，這些光束僅由一種被稱為光子的光粒子組成。他們的研究成果有可能徹底改變3D場景重建，并在不同領(lǐng)域解鎖大量應(yīng)用程序。

準(zhǔn)確地重建三維場景一直是成像領(lǐng)域的目標(biāo)。從自動(dòng)駕駛汽車到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用都依賴于這一領(lǐng)域的進(jìn)步。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Sussman說：“我們團(tuán)隊(duì)引入的量子全息技術(shù)比傳統(tǒng)的全息技術(shù)有兩個(gè)顯著的優(yōu)勢。首先，它展示了對(duì)全息圖記錄過程中振動(dòng)等機(jī)械不穩(wěn)定性的卓越恢復(fù)能力。由于易受振動(dòng)影響，傳統(tǒng)的全息術(shù)需要較短的曝光時(shí)間，而這項(xiàng)新技術(shù)使研究人員能夠長時(shí)間記錄全息圖，確保極高的精度。其次，我們的新技術(shù)可以用來記錄自發(fā)光或遠(yuǎn)程物體的全息圖。”這開辟了許多可能性，為遠(yuǎn)距離物體的3D成像和表征量子點(diǎn)和單個(gè)原子的單光子發(fā)射的空間形狀鋪平了道路。Sussman說：“研究小組的成就是通過量子成像的進(jìn)步和尖端商業(yè)相機(jī)技術(shù)的可用性而實(shí)現(xiàn)的。通過利用先進(jìn)的相機(jī)，每當(dāng)它們檢測到單個(gè)光粒子時(shí)，就會(huì)提供精確的時(shí)間和位置標(biāo)記，我們能夠解決記錄全息圖所需的相關(guān)性。這一突破突出了量子研究和技術(shù)發(fā)展之間的協(xié)同作用。”

傳統(tǒng)攝影主要捕捉場景強(qiáng)度，但全息攝影更進(jìn)一步，結(jié)合了相位信息，即從場景不同部分收集的光之間的相對(duì)延遲。

振幅干涉是指兩個(gè)波的振幅(或能量)疊加成建設(shè)性或破壞性的現(xiàn)象，在全息攝影中起著至關(guān)重要的作用。然而，新開發(fā)的技術(shù)使用了一種不同類型的干擾。該論文的主要作者、前渥太華大學(xué)碩士學(xué)生紀(jì)堯姆·特卡達(dá)斯博士說：“我們的全息圖記錄了兩個(gè)光源強(qiáng)度之間的相關(guān)性，可以揭示單光子的量子干涉效應(yīng)。”這項(xiàng)研究有著深遠(yuǎn)的影響，從增強(qiáng)現(xiàn)有的全息技術(shù)到在天文學(xué)、納米技術(shù)和量子計(jì)算等領(lǐng)域的全新應(yīng)用，全息攝影的未來充滿光明。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

審核編輯 黃宇