量子红外光谱可以实现超宽带光谱测量

我们对世界的理解很大程度上取决于我们对世界的组成材料及其相互作用的了解。材料科学技术的最新进展提高了我们识别化学物质的能力，并扩大了可能的应用范围。

其中一项技术是红外光谱，用于医学、环境监测和工业生产等各个领域的分子鉴定。然而，即使是现有的最好的工具——傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）——也使用加热元件作为其光源。红外区域产生的探测器噪声限制了器件的灵敏度，而物理特性则阻碍了小型化。

现在，由京都大学领导的一个研究小组通过结合量子光源解决了这个问题。其创新的超宽带量子纠缠源可产生相对范围更广的红外光子，波长在 2 μm 和 5 μm 之间。该研究发表在《光学》杂志上。

使用超宽带纠缠光子的量子红外光谱。

电子科学与工程系的Shigeki Takeuchi说：“这一成就为大幅缩小系统尺寸和提高红外光谱仪灵敏度奠定了基础”。

FTIR的另一个问题是将庞大而耗电的设备运送到各个地点进行现场测试材料的负担。Takeuchi展望未来，他的团队的紧凑型、高性能、电池供电的扫描仪将在环境监测、医学和安全等各个领域实现易于使用的应用。

Takeuchi补充道：“我们可以获得各种目标样品的光谱，包括硬固体、塑料和有机溶液。岛津株式会社（我们开发量子光设备的合作伙伴）一致认为，宽带测量光谱对于区分各种样品的物质非常有说服力”。

尽管量子纠缠光并不新鲜，但迄今为止，带宽被限制在红外区域的1μm或更小的狭窄范围内。同时，这项新技术利用量子力学的独特特性（如叠加和纠缠）来克服传统技术的局限性。

该团队自主开发的啁啾准相位匹配器件通过利用啁啾（逐渐改变元素的偏振反转周期）在宽带宽上产生量子光子对来产生量子纠缠光。

Takeuchi说：“提高量子红外光谱的灵敏度和在红外区域发展量子成像是我们开发真实世界量子技术的一部分”。

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