超表面启用量子边缘检测

光子超表面、由金属或介电结构构成的二维超薄阵列是通用的光学组件，能够实现局部相位、幅值和极化的电磁场操纵。量子纠缠是多种光学元件的重要来源，特别是在量子成像领域，可以利用光子对之间的强度相关性来超越量子成像的经典极限。最近的研究趋近于将超表面与纠缠的光子结合在一起以实现各种在量子光学中的潜在应用。与此同时，边缘检测是最常见的一种图像处理中的操作。与传统的数字化方法相比，模拟技术具有很高的速度和省电优势。各种模拟边界检测方法在超材料和超表面中也已经提出。但是，基于紧凑的超表面的边缘检测的理论从未在量子光学领域提出。

       近日，来自湖南大学微纳光电器件及应用教育部重点实验室的Junxiao Zhou等人制定并实现了偏振纠缠的光子源以及高效超表面可切换的光学边缘检测。通过在纠缠光子源的导引臂中选择合适的偏振态，可以得到法向像或边缘像。它可以看作是一个纠缠辅助的边缘检测远程开关。与使用经典光源的情况相比，量子边缘检测方案在相同光子通量水平下具有较高的信噪比。该实验丰富了超表面和量子光学领域，也对面向具有显着信噪比的量子边缘检测和图像处理提供了一个有希望的方向。相关研究工作发表在《Science Advances》上。（詹若男）

文章链接：J. Zhou et al. metasurface enabled quantum edge detection. Sci. Adv. 6, eabc4385 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abc4385