陽光也能做量子鬼成像：廈門大學團隊創下量子光學新紀錄

科學家成功實現了曾經被認為幾乎不可能的事情：僅利用普通陽光產生量子關聯光子對，并完成了高質量的"鬼成像"。由廈門大學陳理想和張吳紅領導的團隊在《先進光子學》（Advanced Photonics）期刊上報導了這一突破性成果，陽光驅動裝置的鬼成像可見度達到90.7%，接近傳統激光器95.5%的水平。

突破傳統認知的光學實驗

關聯光子對和糾纏光子對是量子光學的重要工具，通常通過自發參量下轉換（SPDC）過程產生——需要將高功率、高穩定性的激光射入非線性晶體。由于SPDC嚴重依賴相干激光，長期以來研究人員認為該技術無法在精密控制的實驗室環境之外應用。

然而，最近的研究表明SPDC實際上并不需要完美的相干光。這一發現引出了一個大膽的問題：陽光本身能否被用來產生關聯光子對？陽光的優勢在于不需要電力或復雜的實驗室設備，理論上可在偏遠地區甚至太空中運行。

太陽跟蹤與光纖傳輸系統

將陽光轉化為可用的SPDC光源面臨重大障礙——到達地球的陽光在亮度、方向和位置上不斷波動，難以維持精密的對準。研究團隊設計了一套自動太陽跟蹤系統（類似赤道式望遠鏡支架），持續跟蹤太陽并將陽光導入20米長的塑料多模光纖，傳輸到室內暗實驗室中泵浦PPKTP非線性晶體。

盡管自然陽光存在不穩定性，該裝置仍成功產生了具有強位置關聯的光子對。在鬼成像測試中，陽光驅動系統不僅完成了簡單的雙縫成像，還成功重建了更精細的二維"鬼臉"圖像。

全無源量子成像的未來

陽光的寬光譜實際上有助于支持非線性晶體內的準相位匹配，從而產生大量位置關聯光子對。通過長時間數據采集提高信噪比后，系統展現出穩定的性能表現。

該實驗首次成功展示了陽光泵浦SPDC與鬼成像的結合，通過消除對激光和外部電力的需求，創造了完全無源的關聯光子對源。研究人員認為，這項技術對未來偏遠環境或天基應用的量子成像和量子信息系統可能特別有用。陽光收集、晶體工程和圖像重建方法（包括壓縮感知和機器學習）的進步，可進一步提高圖像質量與成像速度。