中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子測量與傳感研究中取得重要進展。該團隊中李傳鋒、許金時、劉曌地等人首次提出並實驗實作了量子夏克-哈特曼波前傳感器，透過重構雙光子橫向空間波函數，觀測了位置纏結光子對在自由空間傳播時振幅關聯和相位關聯的動力學演化。近日，相關成果發表於【物理評論快報】。
量子波前傳感原理示意圖（小圖）和實驗裝置圖
光場相位分布的測量是一個關鍵問題，特別是在自適應光學中，可用於校正像差的影響。研究團隊在經典波前傳感方面做了一系列工作，包括研究基於光子玻姆軌跡實驗裝置的弱測量波前傳感、實作更高的空間分辨率、提出並數值模擬基於弱測量波前傳感的纏結光子波前重構等。
經典光學中，夏克-哈特曼波前傳感是一種廣泛使用的相位測量方法。它使用微透鏡陣列，將光場在局部空間的傳播方向轉換為聚焦光斑的位移，從而測量得到光場相位梯度的分布，並重構出相位。其空間分辨率由透鏡尺寸決定。
實驗結果圖，展現了不同距離傳播和相位調制後的波函數
研究團隊受此啟發，提出並實作了量子夏克-哈特曼波前傳感器，觀測到位置纏結光子對空間波函數的動力學演化。雙光子射入透鏡陣列後，研究人員在其後焦面探測雙光子的聯合空間概率分布，透過對單個微透鏡孔徑內所有點的條件概率分布求和並利用梯度演算法重構出相位，結合強度分布即可得到雙光子空間波函數。 研究人員測量了自發參量下轉換產生的光子對在自由空間不同演化時間的空間波函數 ，觀測到雙光子在自由空間傳播過程中振幅關聯逐漸變弱，而相位關聯逐漸變強的過程。 研究人員還測量了雙光子在動量空間使用空間光調制器載入雙曲拋物面相位後的波函數。
該方法作為量子自適應光學這一全新領域的關鍵技術，未來可套用於量子通訊、天文觀測和多光子相互作用的檢驗中。
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