Practical quantum imaging with undetected photons
本文提出一种无需红外光源和探测器的紧凑便携低成本量子成像系统,利用纠缠光子对将红外图像信息转移到可见光波段,并实现快速相位与透射成像,推动IUP技术商业化。
2023-07-12 physics.optics quant-ph
Quantum imaging with undetected photons as ancilla-assisted process tomography
我们表明,最近的实验与未检测到的光子的量子成像基本上可以被描述为(部分)辅助过程断层扫描。我们提出了一个简化的量子线路版本的这种情况下,这也使得重铸量子成像的量子计算语言。我们的类比和分析可能有助于更好地理解经典和/或量子关联在成像实验中的作用。
2016-08-11 quant-ph
Eliminating Thermal IR Background Noise by Imaging with Undetected Photons
针对中红外成像受室温热背景干扰的问题,本文证明利用纠缠光子对量子关联的“使用未探测光子成像”(IUP)技术能免疫热背景,实现用廉价快速的非制冷可见光探测器进行中红外高速光子计数测量。
2023-03-14 physics.optics quant-ph
Phase-Subtractive Interference and Noise-Resistant Quantum Imaging with Two Undetected Photons
Oklahoma State University(俄克拉荷马州立大学)
提出并理论分析一种量子干涉现象,利用两个独立源产生的四光子量子态,在不探测其中两个光子的情况下产生双光子干涉图案,该图案对构建它的光子相位不敏感,但包含未探测光子的空间相位信息,可用于开发抗相位波动的量子定量相位成像技术。
2026-07-03 physics.optics quant-ph
Fundamental resolution limit of quantum imaging with undetected photons
利用未检测到的光子的量子成像依赖于没有诱导发射的诱导相干性的原理,并且使用具有信号光子和空闲光子的两个光子对源。每一对在位置和动量上都具有很强的量子相关性,这使得只需测量从未与物体相互作用的信号光子,就可以对被闲置光子照射的物体进行成像。在这项工作中,我们从理论上探讨这种非局部成像方案的横向分辨率,通过一般的形式主义,对待传播光子超出常用的傍轴近似。我们在此证明,与未检测到的光子的量子成像的分辨率是从根本上衍射限制的信号和闲频对的较长波长。此外,我们得出结论,这一结果也适用于其他非局域双光子成像方案。
2022-09-05 quant-ph
Single-frame transmission and phase imaging using off-axis holography with undetected photons
研究提出利用离轴数字全息术从未探测光子的可见光单帧干涉图中重建红外透射与相位图像,免去相移和多次采集,大幅缩短测量时间并实现视频帧率动态成像。
2024-04-29 physics.optics quant-ph
Experimental analysis on image resolution of quantum imaging with undetected light through position correlations
本研究通过实验分析未探测光量子成像中晶体长度和泵浦束腰对图像分辨率的影响,扩展了模型以解释有限泵浦束腰效应,并验证了理论预测。
2023-06-02 physics.optics quant-ph
Quantum Imaging and Metrology with Undetected squeezed Photons: Noise Canceling and Noise Based Imaging
提出配备零差检测和 OPO 的未探测压缩光子量子成像方案,建立超越低增益近似的理论,并通过噪声编码信息实现高信噪比、抑噪的非破坏性成像与相位测量。
2025-06-09 quant-ph
Resolution of Quantum Imaging with Undetected Photons
利用未检测到的光子进行量子成像是最近引入的技术,它大大超出了以前的可能性。在该技术中,在不检测与被成像的对象相互作用的光的情况下形成图像。鉴于这种独特的优势,现有的成像方案,它是现在最重要的是要了解其分辨率的限制,特别是什么支配的最大可实现的空间分辨率。我们从理论上和实验上证明了检测到的和未检测到的光子之间的动量相关性决定了空间分辨率-更强的相关性导致更高的分辨率。在我们的实验中,与衍射效应相比,动量相关在确定分辨率方面起着主导作用。我们发现,分辨率是由未检测到的光的波长,而不是检测到的光的波长。因此,我们的结果表明,它在原则上是可能的,以获得分辨率的波长远短于检测波长的特征。
2022-02-07 quant-ph
Interaction-free, single-pixel quantum imaging with undetected photons
典型的成像场景需要三个基本成分:1.发射光的光源,所述光又与感兴趣的对象相互作用并从感兴趣的对象散射; 2.检测从物体散射的光,以及3.具有空间分辨率的探测器。在典型的成像场景中,这些不可或缺的成分可能会限制其在生物或其他敏感样本的成像中的适用性,由于不可用的光子饥饿检测能力和不可避免的损伤引起的相互作用。在这里,我们提出并实验实现了一种可以满足所有这三个要求的量子成像协议。通过将单光子迈克耳孙干涉仪嵌入到基于诱导相干的非线性干涉仪中,并利用单像素成像技术,实现了对含有未探测光子的结构物体的无相互作用单像素量子成像。从而将量子成像的能力推向了一个极限,即物体与光子之间不需要相互作用,探测要求大大降低。我们的工作为在硅可检测波长下用单像素成像表征精细样品的应用铺平了道路。
2022-12-13 quant-ph
Frequency-domain optical coherence tomography with undetected mid-infrared photons
中红外线的散射远小于较短的波长,从而允许大大增强光学成像技术(例如光学相干断层扫描(OCT))的穿透深度。然而,中红外的检测和宽带光源在技术上都具有挑战性。在非线性干涉仪中干涉纠缠光子使得能够利用未检测到的光子进行感测,从而使中红外源和检测器过时。在这里,我们实现了中红外频域OCT基于超宽带纠缠光子对。我们展示了10 $μ$ m轴向和20 $μ$ m横向分辨率的2D和3D成像的强散射陶瓷和油漆样品。与$10^6$相比,对于相同量的探测光,噪声降低了一倍,并且还大大减少了占地面积和技术复杂性,这种技术可以优于传统的中红外光方法。
2020-06-12 physics.optics quant-ph
Mid-IR hyperspectral imaging with undetected photons
针对中红外高光谱显微镜成本高、复杂且性能受限的问题,提出基于非线性干涉仪与逐像素量子傅里叶变换红外光谱的宽场成像方法,利用未探测光子实现高分辨率高光谱成像。
2025-07-11 physics.optics quant-ph
Quantum imaging and metrology with undetected photons: a tutorial
本教程介绍了无诱导发射的诱导相干现象及其在量子成像与计量学中的应用,阐明如何利用未探测光子成像,并为研究人员提供理论基础、实验搭建指南及该子领域的全面概述。
2022-02-20 physics.optics quant-ph
Sensing Birefringence and Diattenuation with Undetected Light
针对未探测光量子成像技术缺乏偏振敏感传感的问题,理论上在量子成像装置中引入探测光的可控偏振,利用非线性干涉仪的双色特性和相位灵敏度,实现对生物样本双折射和二向色性的同时感知。
2025-08-20 quant-ph
Theory of Quantum Imaging with Undetected Photons
一种新的量子成像技术最近在一个实验中得到了证明,其中用于照亮物体的光子没有被检测到;图像是通过干涉两个光束获得的,其中没有一个与物体相互作用。在这里,我们提出了一个详细的理论分析的实验。我们表明,对象的信息只存在于干涉项,而不是在个别强度的干涉光束。我们还从理论上建立了成像系统的放大率取决于两个波长:照射物体的光子的平均波长和检测到的光子的平均波长。我们的分析确认,成像过程是基于量子干涉发生时,干涉路径信息不可用的原则。
2015-04-01 quant-ph
Wave-particle duality ellipse and application in quantum imaging with undetected photons
提出量化双路径干涉系统中相干性与波粒二象性相互作用的系统框架,揭示闭式二象性椭圆等式统一相关度量,扩展至未探测光子量子成像建立成像二象性椭圆关联物体透射率,推进基础理解并提供实用工具包。
2025-07-08 quant-ph
Mid-Infrared Microscopy via Position Correlations of Undetected Photons
未探测光子量子成像(QIUP)最近成为一种新的强大的成像工具。利用光子对的空间纠缠,它允许感测和检测波长的解耦,从而利用成熟的基于硅的检测技术在具有挑战性的光谱区域中促进成像。到目前为止,QIUP的所有现有实现都利用了双光子状态内的动量相关性。在这里,我们第一次在理论上和数值上实现和研究互补的情况-利用出生时光子对内形成的紧密位置相关性。这种图像平面布置有利于高分辨率成像与比较实验容易,我们实验显示分辨率低于10 $μ$ m在3.7 $μ$ m的传感波长。此外,在中红外成像的小鼠心脏组织切片,揭示细胞水平上的形态特征,我们进一步证明了生命科学的技术的可行性。这些结果为QIUP用于无标记宽视场显微镜的能力提供了新的视角,使生物医学和工业成像在不可接近的波长下能够实现新的现实应用。
2021-06-11 quant-ph
Quantum undetected optical projection tomography
本文将未探测光子量子成像与计算机断层扫描结合,提出 QUOPT,用 810 nm 硅相机获取数据并重建样品在 1550 nm 的三维吸收图像。
2025-01-09 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Jones Matrix Reconstruction with Undetected Photons
提出 QIUP 框架下的偏振层析方案,通过干涉可见度与相移直接提取参数并约束未知量,实现不同波长量子成像中复杂样品的高效非侵入琼斯矩阵重建。
2025-07-28 physics.optics quant-ph
Metrology of quantum imaging schemes
Fraunhofer IOSB, Ettlingen, Fraunhofer Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation(弗劳恩霍夫光学系统图像技术开发研究所)
该研究将基于空间关联光子对的量子成像方案转化为量子多参数估计问题,计算量子费希尔信息矩阵,比较鬼成像、双光子成像和未检测光子成像的性能,确定适合特定任务的成像协议,为量子传感技术设计优化提供指南。
2026-07-27 physics.optics quant-ph
Loss compensated and enhanced mid-infrared interaction-free sensing with undetected photons
利用未检测到的光子进行感测使得能够测量与检测到的波长不同的波长处的吸收和相移。在这里,我们实验映射的平衡和损耗参数空间中的非简并非线性干涉仪,尽管在检测波长的内部损失的灵敏度的恢复。我们进一步探索了无相互作用的操作模式,其中检测器与样品的入射光功率比>200。这允许在3.4 $μ$ m波长处的功率的阿托瓦级的变化在1550 nm处被检测到,不受热黑体背景的水平的影响。这揭示了一种能够“在黑暗中”有效探测样品的超灵敏红外成像方法。
2022-05-18 physics.optics quant-ph
Microscopy with undetected photons in the mid-infrared
由于其独特的(生物)化学特异性的能力,显微镜与中红外照明具有巨大的希望,为广泛的生物医学和工业应用。然而,主要的限制仍然是检测;目前的中红外检测技术往往将低劣的技术能力与高昂的成本结合起来。这导致了将探测波长转换到可见光范围的方法,在可见光范围内,可以使用非常优越的硅基相机技术。在这里,我们通过实验展示了纠缠光的非线性干涉术如何为中红外显微镜提供强大的工具,同时只需要使用标准CMOS相机进行近红外检测。在这个原理验证实现中,我们展示了强度成像overa覆盖3.4-4.3um的宽波长范围,并展示了包含650个解析元素的图像的空间分辨率为35 um。此外,我们证明了我们的技术是适合的目的,在中红外获取生物组织样品的显微图像。这些结果打开了一个新的视角,量子成像技术在生命科学中的潜在相关性。
2020-05-29 physics.optics quant-ph
Biological Microscopy with Undetected Photons
在过去的几年里,利用非简并相关光子对的新型成像技术引起了量子光学界和其他科学家的强烈兴趣。这种“重影成像”或“量子干涉”方法的一个关键特性是,它们使用相关对的那些光子进行成像,这些光子从未与样品相互作用,从而允许在不同于物体照明的光谱范围内进行检测。这些技术在光谱学和显微镜的广泛应用是可以预见的,然而,迄今为止,它们有限的空间分辨率还没有支持微小生物物体的真实显微镜调查。在这里,我们报告了一个修改的方法的基础上量子干涉,通过使用种子激光和共焦扫描,允许提高分辨率的成像与未检测到的光子超过一个数量级,我们还提出了应用程序的例子在生物样品的显微镜。
2020-06-25 physics.app-ph quant-ph
Terahertz Quantum Imaging
本文演示了利用可见光子探测实现太赫兹波段振幅与相位成像,通过量子蒸馏抑制热噪声,达到波长级分辨率,为无相机光谱区域提供新方法。
2024-08-05 physics.optics quant-ph
Dispersion in nonlinear interferometry: implications for optical coherence tomography with undetected photons
Research Center for Non-Destructive Testing(无损检测研究中心)
本文提出了一种基于时域模态的新型数值补偿方法,用于改善非线性干涉仪中色散对光学相干层析成像的影响,提升了轴向分辨率和成像性能。
2026-02-05 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum Imaging Beyond the Standard-Quantum Limit and Phase Distillation
本研究探讨非线性干涉仪在自发与高增益模式下的量子成像,发现高增益模式下传统蒸馏技术无法超越标准量子极限,而在工作点操作即使在噪声中仍可实现低于散粒噪声的相位灵敏度,为双色成像结合相位超灵敏度提供前景。
2024-04-18 quant-ph
Non-degenerate SPDC photon-pair source for UV-A illumination
本研究提出一种基于二阶非线性晶体、通过自发参量下转换产生UV-A与红外非简并光子对的源,可解耦传感与探测波长以复用可见光相机技术,为紫外量子传感开辟新场景,有望推动生物医学、无损检测领域发展。
2025-05-19 physics.optics quant-ph
Noise-Resilient Imaging through Coherence Filtering
Indian Institute of Technology Kanpur(坎普尔印度理工学院);Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP(索邦大学、法国国家科学研究中心、巴黎纳米科学研究所)
本文提出基于相干的成像去噪方法,利用物体与噪声在时间相干性上的差异,结合干涉协议实现空间相干成像并过滤噪声,克服传统强度基和量子蒸馏方法的局限,验证了在强噪声下的成像鲁棒性。
2026-05-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum image distillation
利用光的量子态成像有望在分辨率、信噪比和灵敏度方面优于经典方法。然而,量子探测器是经典噪声的特别敏感的源,其可以减少或消除最终结果中的任何量子优势。在没有操作的单光子计数制度,我们实验证明蒸馏的量子图像从测量数据组成的量子和经典光的叠加。我们测量量子照明下形成的物体的图像(相关光子),该图像与由具有相同光谱和偏振的经典光(不相关光子)产生的另一图像混合,并且我们通过强度相关测量展示了两个叠加图像的近乎完美的分离。这项工作提供了一种新的方法来混合和区分量子和经典光携带的信息,这可能对量子成像,通信和安全有用。
2019-07-15 quant-ph
Random Distillation Protocols in Long Baseline Telescopy
University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
本研究提出通过预处理恒星光来提高长基线射电望远镜成像性能,利用弱量子测量和修改的纠缠蒸馏协议,提高资源利用效率。
2024-11-04 quant-ph
Coupling undetected sensing modes by quantum erasure
本文提出并实现了一种利用偏振态量子擦除方法在IC-IUP和NI-IUP操作模式间连续切换的新装置,为优化未被探测光子成像的干涉提供新途径。
2023-11-22 quant-ph
Imaging with quantum states of light
通过将激光束聚焦到具有非线性光学响应的晶体上,可以简单地产生纠缠光子对,这被用来测试量子力学,并开辟了成像的新方法。后者的发展是由于能够表征空间相关性和高维纠缠的单光子敏感相机的出现。因此,出现了新的技术,如物体的鬼成像-光子之间的量子相关性揭示了从未与物体相互作用的光子的图像-或通过使用非线性干涉仪对未检测到的光子进行成像。此外,成像中的量子方法也可以导致传统成像系统性能的改善。这些改进可以通过图像对比度、超过经典极限的分辨率增强以及子散粒噪声相位或幅度图像的采集来获得。在这篇综述中,我们讨论了光的量子态在先进成像技术中的应用。
2019-08-08 quant-ph
Augmenting the Sensing Performance of Entangled Photon Pairs through Asymmetry
我们从理论和实验上分析了纠缠对的量子非线性干涉仪内的非对称检测、激励和损耗的情况。我们表明,SU(1,1)干涉的可见性直接辨别测量模式(信号)和共轭模式(闲频)的损失。这种不对称性也影响干涉仪的相位灵敏度,其中相干播种被示出为减轻由共轭模式遭受的损失;因此增加允许子散粒噪声相位检测的损失的最大阈值。我们的发现可以提高依赖于纠缠对直接检测的设置的性能,例如量子干涉术和未检测到光子的成像。
2021-10-21 physics.optics quant-ph
Two-Photon Induced Coherence without Induced Emission
本研究观测到无诱导发射的双光子诱导相干性,利用双光子Fock态实现干涉相位调制翻倍,验证了相位变化的倍频调制效应,为高分辨率量子计量应用开辟新路径。
2025-10-22 quant-ph
Impact of Polarization Distinguishability on Coherence in QIUP
本文研究QIUP中信号光子在源处偏振可区分时,生成后光学元件无法恢复干涉,强调源处不可区分性对维持相干性的根本重要性。
2025-07-09 quant-ph
Quantum Optical Induced-Coherence Tomography by a Hybrid Interferometer
本工作首次提出一种基于双程泵浦自发参量下转换的混合型诱导相干干涉仪,通过探测近可见光子实现红外测量,并验证了其在三维结构的时域和频域量子光学诱导相干断层成像中的可行性。
2023-09-13 quant-ph