Page 183 - 当代控制理论及应用技术概论

第五章 量子控制研究

限提高 N 倍。2004 年，Bennink 小组用经典光源证明了双光子“鬼”成像的实验。
2008 年，美国国家标准和技术学院以及马里兰大学的联合研究团队首次实时捕
获了被量子纠缠在一起的图像，两幅在空间上分隔开的随机变动的图像，但通过
它们的互补功能被紧密链接在一起。
1. 量子成像的原理

量子成像的原理主要包括两个方面：量子干涉和量子纠缠。量子干涉是指
当两个或多个波函数叠加时，波函数的振幅会相互影响，从而形成干涉现象。量
子纠缠是指两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联关系，其中一个粒子的状态

的改变会立即影响到其他粒子的状态。利用这两个原理，量子成像技术可以实现
超分辨率、隐形图像等独特的功能。
2. 量子成像的优势
与传统成像方式相比，量子关联成像凸显出了明显的优势：（1）成像分辨
率高。经典成像受限于瑞利衍射极限，而亚波长干涉现象的发现预示着量子成

像可以实现超越衍射极限的超分辨成像。对于 N 个纠缠光源的系统，Boto 等于
1999 年证实了其在理论上可将成像分辨率提高 N 倍。（2）非局域成像，抗干扰
能力强。首先，量子成像中“物的探测”与“像的重建”是分开进行的，并且可

以用非空间探测器（桶探测器或单像素探测器）获取物体的空间信息。其次，量
子成像可以实现非相干光源的相干成像，因此成像结果不受光路扰动影响，在一
定程度上可以消除大气湍流和散射介质对成像的干扰，提高成像的抗干扰能力。
（3）采样少，速度快，成像效率高。量子成像中的光场可以看作是服从高斯分
布的随机噪声，利用压缩感知理论，可以实现在采样数远低于奈奎斯特采样极限

的情况下，以很高的概率进行图像的恢复，从而大大减少测量次数，提高成像速
度，而无需像传统的成像方式那样对待测物体进行逐点全像素采样。
3. 量子成像技术的应用

（1）光刻技术
2000 年，博托小组提出了 N 光子吸收光刻技术，这种技术使用纠缠光子流
取代经典光的非相干性光子流，降低光刻技术中的最小可分辨特征尺寸。高度纠
缠的光子可以使得光刻技术的最小可分辨特征尺寸突破瑞利衍射极限规定的最小
值（N 是一个泵浦光子分裂成为的一组纠缠光子的数量，这些光子最后都会被光

刻胶吸收）。其原理可以简述为：在经典光中，N 个光子到达某一特定空间区域

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