中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊在量子測量與傳感研究中取得重要進展。該團隊中李傳鋒、許金時、劉曌地等人首次提出并實驗實現(xiàn)了量子夏克-哈特曼波前傳感器，通過重構(gòu)雙光子橫向空間波函數(shù)，觀測了位置糾纏光子對在自由空間傳播時振幅關(guān)聯(lián)和相位關(guān)聯(lián)的動力學演化。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》。

光場相位分布的測量是一個關(guān)鍵問題，特別是在自適應(yīng)光學中，可用于校正像差的影響。研究團隊在經(jīng)典波前傳感方面做了一系列工作，包括研究基于光子玻姆軌跡實驗裝置的弱測量波前傳感、實現(xiàn)更高的空間分辨率、提出并數(shù)值模擬基于弱測量波前傳感的糾纏光子波前重構(gòu)等。

經(jīng)典光學中，夏克-哈特曼波前傳感是一種廣泛使用的相位測量方法。它使用微透鏡陣列，將光場在局部空間的傳播方向轉(zhuǎn)換為聚焦光斑的位移，從而測量得到光場相位梯度的分布，并重構(gòu)出相位。其空間分辨率由透鏡尺寸決定。

研究團隊受此啟發(fā)，提出并實現(xiàn)了量子夏克-哈特曼波前傳感器，觀測到位置糾纏光子對空間波函數(shù)的動力學演化。雙光子射入透鏡陣列后，研究人員在其后焦面探測雙光子的聯(lián)合空間概率分布，通過對單個微透鏡孔徑內(nèi)所有點的條件概率分布求和并利用梯度算法重構(gòu)出相位，結(jié)合強度分布即可得到雙光子空間波函數(shù)。研究人員測量了自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的光子對在自由空間不同演化時間的空間波函數(shù)，觀測到雙光子在自由空間傳播過程中振幅關(guān)聯(lián)逐漸變?nèi)?，而相位關(guān)聯(lián)逐漸變強的過程。研究人員還測量了雙光子在動量空間使用空間光調(diào)制器加載雙曲拋物面相位后的波函數(shù)。

該方法作為量子自適應(yīng)光學這一全新領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，未來可應(yīng)用于量子通信、天文觀測和多光子相互作用的檢驗中。（記者王敏）