kvanttiimagingin

Kvantti-imaging on kuvantamisen ala, jossa hyödynnetään valon kvanttiominaisuuksia parantamaan kuvanlaatua, tarkkuutta tai signaali-kohinasuhdetta verrattuna klassisiin menetelmiin. Keskeisiä ideoita ovat fotonien kvanttikorrelaatiot sekä tilat, kuten entangled-parit ja kiristetty valo (squeezed light), joiden avulla kuva voidaan saada paremmalla vasteella alhaisemmallakin valomäärällä.

Perusidea on, että kvantti-ilmiöt voivat parantaa mittausten suorituskykyä hämärissä olosuhteissa tai vaikeissa ympäristöissä. Tämä näkyy erityisesti seuraavissa lähestymistavoissa: ghost imaging, jossa objekti kuvataan kahden säteen korrelaatioiden avulla silloin kun toinen säde ei osallistu kohteeseen; quantum illumination, jossa fotonien korrelaatioita hyödynnetään kohteiden havaitsemisessa meluisassa ympäristössä; sub-shot-noise imaging, jossa kuvien kohinaa vähennetään käyttämällä squeezing-tiloja; sekä NOON-tila ja vaihekuvaus (phase-imaging), joissa fotonien tilavaraukset parantavat fasa-analyysin herkkyyttä.

Käytännön toteutuksessa käytetään usein spontaanin parametrian jakautumisen (SPDC) kautta syntyviä fotonipareja sekä kiristettyä valoa detektioissa, ja kuvan rekonstruktiota ohjataan erilaisten algoritmien avulla.

Sovelluksia ovat mikroskopia, biolokuvantaminen, lidar ja kuvantaminen heikossa signaalissa sekä tutkimus kvantti-informaation hyödyntämisessä. Haasteita ovat häviöt, detektoreiden tehokkuus sekä järjestelmien tekninen monimutkaisuus ja kustannukset. Tutkimus etenee sekä perus- että sovellustasolla, jolloin kvantti-imaging voi täydentää perinteisiä menetelmiä tulevaisuudessa.