记者从中国科学技术大学获悉，中国科学院院士、中国科学技术大学郭光灿团队在量子超表面图像边缘探测实验研究中取得重要进展。郭光灿团队的史保森教授、周志远副教授等利用高品质偏振纠缠源和高效介质超表面，实现了待检测图像状态在正常模式和边缘探测模式远程的开关切换，并且证实了在弱光场照明下，纠缠光子照明相对于直接单光子照明具有更高的信噪比。这项研究成果2020年年末在线发表于《科学进展》。
近年来，超表面材料与量子光学结合成为重要的研究方向，而边缘探测是图像处理过程中的一种常用手段。相较于传统的数字边缘提取方法，模拟边缘提取方法具有更高速度和更低能耗，但此前在量子纠缠照明下的超表面器件边缘探测还没有出现相关研究。
本次研究过程中，科研人员用线偏振光照射超表面器件发生光自旋霍尔效应，使两个圆偏振的出射光场在空间发生微小的平移，从而导致出射光场的中间部分是线偏振、边缘部分是圆偏振，随后通过检偏器可以提取待成像物体的边缘轮廓。
那么，成像模式如何在正常模式和边缘探测模式之间实现远程切换？专家解释说，可利用偏振纠缠光源中的一个光子进行照明，该光子含有两种可能的偏振状态，通过测量另外一个光子的状态，用于照明的光子的偏振状态也会随之确定，因此通过远程切换纠缠光子对中的用于触发的光子的偏振状态，就能切换不同的成像模式。
专家表示，该成果是量子超表面研究在图像边缘探测的一次尝试，在图像加密和隐写上具有潜在应用。另外，在光子照明匮乏的场景，如酶反应跟踪与生物活体细胞的观察上，较高信噪比会表现出一定优势。该工作将会促进更多的关于量子光学和超表面材料结合的相关研究。（记者 吴长锋）
