Экспериментальная установка. 
( A ) Подготовка сигнала и эталона. 
( B ) Интерферометр и обнаружение. SHG, генерация второй гармоники; SPF, фильтр короткого пропускания; BPF, полосовой фильтр; ND, фильтр нейтральной плотности; BBO, бета-борат бария; ПБС; поляризационный светоделитель; Б, балочный блок; APD, лавинный фотодиод; HWP, полуволновая пластина; Г/В, горизонтальная/вертикальная поляризация; f — выпуклая линза; PBD, вытеснитель поляризационного луча. 
( C ) Типичное изображение интенсивности двух выходных лучей. Интерференция первого порядка не видна, поскольку лучи некоррелированы по фазе. Система линз 4f отображает плоскость SLM на камеру. 
Авторы и права: Научные достижения (2023 г.). DOI: 10.1126/sciadv.adh1439

Под руководством доктора Бенджамина Сассмана из byuOttawa, адъюнкт-профессора физики на факультете естественных наук, исследователи совместно в Объединенном центре экстремальной фотоники uOttawa-NRC разработали новаторскую квантовую технику для голографии. Их целью было зарегистрировать и реконструировать чрезвычайно слабые световые лучи, состоящие из одной-единственной световой частицы, известной как фотон.

Их работа может произвести революцию в реконструкции 3D-сцен и открыть множество приложений в самых разных областях.

Точная реконструкция трехмерных сцен уже давно является целью в области обработки изображений. Приложения, начиная от автономных транспортных средств и заканчивая дополненной реальностью, полагаются на достижения в этой области.

«Техника квантовой голографии, представленная нашей командой, имеет два существенных преимущества по сравнению с традиционными методами голографии», — говорит Сассман, руководитель проекта.

«Во-первых, он демонстрирует замечательную устойчивость к механическим нестабильностям, таким как вибрации, во время процесса записи голограммы. В отличие от обычной голографии, которая требует короткого времени экспозиции из-за восприимчивости к вибрациям, эта новая технология позволяет исследователям записывать голограммы в течение длительного времени, обеспечивая превосходную точность. А во-вторых, наша новая техника может быть использована для записи голограмм самосветящихся или удаленных объектов».

Это открывает множество возможностей, прокладывая путь к трехмерному изображению удаленных объектов и характеризуя пространственную форму излучения одиночного фотона квантовыми точками и отдельными атомами.

«Достижения исследовательской группы стали возможными благодаря достижениям в области квантовых изображений и доступности передовых технологий коммерческих камер», — говорит Сассман. «Используя передовые камеры, которые обеспечивают точные отметки времени и местоположения всякий раз, когда они обнаруживают одну частицу света, мы смогли установить необходимые корреляции для записи голограмм. Этот прорыв подчеркивает синергию между квантовыми исследованиями и технологическими разработками».

Традиционная фотография в первую очередь фиксирует интенсивность сцены, но голография идет еще дальше, включая информацию о фазе, относительной задержке между светом, собранным из разных частей сцены.

Амплитудная интерференция, явление, при котором амплитуда (или энергия) двух волн может складываться конструктивно или деструктивно, играет решающую роль в голографии. Однако недавно разработанная методика использует другой тип интерференции. «Наши голограммы фиксируют корреляцию между интенсивностью двух источников света», — говорит доктор Гийом Теккадат, ведущий автор статьи и бывший студент магистратуры Университета Оттавы. «Эти корреляции могут выявить эффекты квантовой интерференции даже в одиночных фотонах».

Последствия этого исследования имеют далеко идущие последствия: от усовершенствования существующих голографических технологий до совершенно новых приложений в таких областях, как астрономия, нанотехнологии и квантовые вычисления. Будущее голографии, несомненно, светлое.

Исследование «Интерферометрия интенсивности для голографии с квантовым и классическим светом» было опубликовано в Science Advances.