近日,微纳视界(NASDAQ:HOLO)在量子增强成像领域取得突破性进展,其非局域效应成像技术不仅在实验室条件下完成验证,更在实际场景中展现出超越传统成像的明显优势。与传统基于干涉原理的成像系统相比,微纳视界采用基于频率纠缠机制的量子增强全息LiDAR,成功将信噪比提升至40dB。信噪比在生物医学检测、光通信、遥感成像等诸多领域具有广泛应用,其数值高低直接关系到成像的清晰度与噪点控制水平。通过利用光子对的时间纠缠特性,结合专用扫描采集光学组件,该技术能够在高噪声环境下对非反射目标实现清晰成像。
在激光雷达及其他成像应用中,量子照明技术被广泛视为应对环境噪声挑战的前沿方案。理论上,相较于传统的相干探测等手段,量子照明可在信噪比方面带来显著改善。但当前无论采用哪种方法,量子照明在实际实验中的效果仍未能完全达到理论预期。其技术难点在于:量子照明与传统相干探测技术所使用的量子态需具备稳定相位特性,而在实际光学系统中,维持相互作用光波之间的锁相机制极具挑战。微纳视界通过利用量子时间相关性,成功将目标信号与全息LiDAR系统所接收的背景噪声分离开来。通过在时间和频率空间进行同步旋转测量,能够有效放大探针参考时间的不确定性,同时维持同样程度的相关性,这使得基于探针与参考信号相关性来区分目标与背景噪声成为可行。超出探测器不确定度范围的无关噪声,可在适配的时间窗口内被有效滤除,避免其与有效信号产生叠加干扰。通过这项方法,与采用相同探头功率的传统目标检测系统相比,微纳视界的信噪比提升幅度高达40dB。该方法不仅保留了目标检测方案易于实现的优点,还提高了探测器饱和容限和背景噪声容忍度。
微纳视界首先通过飞秒泵浦自发参量下转换过程,产生具有时间关联特性的非经典光子对。其中,探针光子被投射至观测环境中,参考光子则保留在本地存储单元。探针光子在传播至目标及返回途中会产生能量损耗,导致探针光束中预期光子数减少。在传输过程中,环境噪声会耦合到探针传输路径中。若噪声光子与探针光子具有相同的光谱和时间分布特性,会对探针/噪声光子施加异常色散,这将导致探针/噪声光子的时间分布被展宽,从而降低在有限时间窗口内检测到光子的概率。与此同时,对参考光子施加等量正态色散,同样会使其时间分布扩展。随后在两条路径上进行符合测量。得益于探针与参考光子之间的量子相关性,色散影响会在符合测量过程中相互抵消,使得测量结果如同光子未经色散。利用纠缠光子的非局域色散特性,有效消除了色散对成像质量的影响。而噪声光子与参考光子之间仅存在经典相关性,色散效应将导致符合峰展宽。通过选择合适的时间窗口,能够降低测量噪声光子与参考光子间虚假符合的概率,而测量探针光子与参考光子间真实符合的概率则基本不受影响,从而实现更高精度的信号提取。
为实现全息LiDAR系统的三维成像功能,微纳视界专门设计了一套基于非局域效应的量子增强全息LiDAR设备,用于与单模光纤耦合的超导纳米线探测器配合使用。来自SPDC光源的探针光子被准直至一对振镜上,进而将探测光子引导至目标物体区域。通过采用负弯月透镜减少角度偏移。除利用探针与参考光子间的时间延迟信息外,结合探针光子传播的恒定速度特性,可准确解析目标的深度相位信息,从而完成三维全息成像重构。

基于非局域效应的量子增强全息LiDAR技术,微纳视界有效提升了全息LiDAR系统的信噪比水平。信噪比越高,背景噪声影响越小,从而显著优化全息LiDAR的综合性能与目标识别精度,使得该项技术在遥感测绘、自动驾驶、工业检测等领域的应用更加高效与广泛。
