量子启发可提高激光雷达分辨率

研究人员表明，量子启发技术可用于执行激光雷达成像，其深度分辨率比传统方法高得多。LiDAR使用激光脉冲来获取有关场景或物体的3D信息，由于其有限的深度分辨率，通常最适合对大型物体（如地形特征或建筑结构）进行成像。

“虽然LiDAR可用于对人的整体形状进行成像，但它通常无法捕捉面部特征等更精细的细节，”来自英国格拉斯哥大学的研究小组负责人Ashley Lyons说，“通过增加额外的深度分辨率，我们的方法可以捕捉到足够的细节，不仅可以看到面部特征，甚至可以看到某人的指纹。”

研究人员使用他们的双光子干涉激光雷达方法创建了20便士硬币的详细3D地图

新技术使用“量子激发”干涉测量法，从两束光束相互干涉的方式中提取信息。纠缠的光子对（或量子光）通常用于这种类型的干涉测量，但基于光子纠缠的方法往往在光损失高的情况下表现不佳，激光雷达几乎总是如此。为了克服这个问题，研究人员将他们从量子传感中学到的知识应用于经典（非量子）光。

“对于量子纠缠光子，在设置变得非常技术要求之前，每单位时间只能产生这么多的光子对，”Lyons说，“经典光不存在这些问题，可以通过提高激光功率来解决高损耗问题。”

当两个相同的光子同时在分束器上相遇时总会粘在一起，或者纠缠在一起，然后朝同一个方向离开。经典光表现出相同的行为，但程度较轻——大多数情况下，经典光子会朝着相同的方向前进。研究人员利用经典光的这一特性，通过观察两个光子何时同时到达探测器，来非常精确地计时一个光子的到达时间。

“时间信息使我们能够通过将其中一个光子发送到3D场景中来执行深度测距，然后计算该光子返回所需的时间，”Lyons说。“因此，双光子干涉激光雷达的工作原理与传统激光雷达非常相似，但让我们能够更准确地计算光子到达探测器所需的时间，这直接转化为更大的深度分辨率。”

研究人员通过使用它来检测一块约2毫米厚的玻璃的两个反射面，展示了双光子干涉激光雷达的高深度分辨率。传统的激光雷达无法区分这两个表面，但研究人员能够清楚地测量这两个表面。他们还使用新方法创建了具有7微米深度分辨率的20便士硬币的详细3D地图。这表明该方法可以捕获区分关键面部特征或人与人之间其他差异所需的详细程度。