新的全息技术为量子计算开辟了道路

摄影术中会测量不同颜色的光线照射到胶片上的程度情况。然而，光也是一种波，因此也具有相位特征。相位指定了一个点在波周期内的位置，并与信息深度相关，这意味着记录被物体散射的光的相位可以恢复其完整的三维形状，而这不能用一张简单的照片获得。这是光学全息摄影的基础，在《星球大战》等科幻电影中，就有全息图技术的相关科幻场景。 N9c#N%cu  
*nM.`7g*[  
<!u(_Bxw/  
但问题是，照片/全息图的空间分辨率受到光波长的限制，大约或略低于1μm（0.001 mm）。对于宏观物体来说，这是可以的，但当进入纳米技术领域时，它就开始失效。 B^1jd!m  
kSJ:4!lFU  
现在，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Fabrizio Carbone实验室的研究人员已经开发出一种方法来观察光在最小尺度上的行为，远远超出波长限制。研究人员使用了最不寻常的摄影媒介：自由传播的电子。在他们的超高速电子显微镜中，该方法可以将量子信息编码成被困在纳米结构中的全息光图案，并且基于电子和光相互作用的一个奇异方面。 .GnoK?  
RXPl~]k#i  
科学家们利用电子-光相互作用的量子性质来分离能量而不是空间中的电子参考光束和电子成像光束。这使得现在可以使用光脉冲来加密有关电子波函数的信息，而电子波函数可以用超快速透射电子显微镜进行映射。 X bV?=  
jaTCRn3|<  
这种新方法可以为我们提供两个重要的好处：第一，光本身的信息，使其成为一个强大的工具，在时间和空间上具有阿秒和纳米精度的电磁场成像。第二，该方法可用于量子计算应用中，以操纵自由电子的量子性质。 lr,i
5n{6  
Erl@]P4  
“传统的全息摄影可以通过测量光从物体不同部位传播的距离差异来提取三维信息，”Carbone说。“但这需要一个来自不同方向的附加参考光束来测量两者之间的干扰。电子的概念是一样的，但我们现在可以得到更高的空间分辨率，因为它们的波长要短得多。例如，我们可以用超短的电子脉冲来形成全息图，从而记录快速移动物体的全息电影。” .b%mr:nEt7  
bF@iO316H  
除了量子计算之外，与其他方法相比，这种技术具有最高的空间分辨率，并且可以改变我们对日常生活中光的看法。“到目前为止，科学和技术仅限于在宏观光学器件中自由传播的光子。我们的新技术使我们能够看到纳米级的光发生了什么，这是将光器件小型化和集成到集成电路上的第一步。” $EG<LmC-Q  
qyzeAK\Ia  
原文来源：https://phys.org/news/2019-05-holographic-technique-quantum.html（实验帮译）