光子携带的潜在信息使超精确的光谱仪成为可能

华沙大学的两名研究人员开发了一种受量子启发的超分辨光谱仪，用于短脉冲光。该设备由华盛顿大学量子光学技术中心、新技术中心和物理学院的量子光学设备实验室设计，与标准方法相比，分辨率提高了两倍以上。未来，它可以在光子芯片上小型化，并应用于光学和量子网络以及物质的光谱研究。

该项研究已发表在《Optica》杂志上。

颜色传递信息

光谱学的任务是研究光的各种颜色，即光谱。化学物质会发出其特征颜色，通过这些颜色可以识别它。同样，遥远的恒星也会有特定的光谱，通过这些光谱可以了解其天体物理特性，例如大小或年龄。

不同颜色的光也用于在光纤网络中通过信道传输信息，类似于用于同时传输多个信道的不同无线电波段。这些光信道是洲际光网络的核心，也是未来安全量子网络的关键。在所有这些情况下，一项艰巨的任务是区分附近的信道或光谱线。

人们认为，如果通道重叠，则几乎无法区分它们——这是约翰·威廉·斯特拉特勋爵瑞利研究的性质，后来被称为瑞利标准。

量子来救援

量子信息科学的进步使研究人员了解到，传统的所谓直接成像或光谱技术会丢弃光的复杂电磁场相位所携带的部分信息。量子启发的超分辨率技术在探测到复杂电磁场之前对其进行变换，以最佳地利用这些潜在信息。

该设备的工作原理——通过光谱反转实现超快脉冲的超分辨率(SUSI)——与成像中所谓的量子启发超分辨率方法非常相似。最大的挑战是如何将这些想法转化为时间和频率领域。