量子增强非干涉定量相位成像

光学相位检索和成像出现在各种各样的科学领域，如准透明生物样品的成像或纳米结构的计量表征，例如，在半导体工业中。在基本层面上，经典系统成像精度的限制来自于照明光的固有波动，因为形成它的光子是由传统光源随机发射的，并且彼此独立。

光束中的量子相关，光子在其中表现出一定的合作，可以超越这些限制。虽然通过一阶干涉在相位估计中获得的量子优势已经得到了很好的理解，但干涉方案不适合多参数宽场成像，需要对扩展样品进行光栅扫描。

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，来自意大利国家计量研究所(INRiM)量子光学小组和荷兰代尔夫特理工大学应用科学学院成像物理系光学研究小组的科学家们开发了一种利用量子相关性的技术，以非干涉的方式增强相剖的成像。

实验方案

该方案可直接应用于宽视场透射显微镜设置，以获得实时的全视场相位恢复，并且本质上比干涉设置更稳定。灵敏度的增强有可能从样品中检索到更多的信息，而不是在一个固定的光子曝光下，或者在一个固定的测量时间。

科学家们使用的两个主要成分是所谓的“强度传输方程”(TIE)相位检索，这是一种在经典领域中得到充分探索的算法，用于从强度直接测量中检索相位信息;和一对纠缠的光束。这两束光束之间的量子相关性非常强，以至于它们在单光子水平上是相同的。研究人员利用这种相关性来减少探测光的固有噪声波动，从而获得更清晰的图像和更准确的相位估计。

量子资源，如纠缠和压缩，已被证明有助于增强各种传感应用，如成像、干涉相位估计、目标检测和测距等。科学家们评论说：“我们的建议为这一广阔的全景带来了另一项贡献，它表明，通过使用目前在实验室中常规可用的量子相关性，可以显著提高研究得非常充分的TIE相位检索经典方案，显示出相对短期应用的潜力。”

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