我們對世界的理解很大程度上取決于我們對世界的組成材料及其相互作用的了解。材料科學(xué)技術(shù)的最新進(jìn)展提高了我們識別化學(xué)物質(zhì)的能力，并擴(kuò)大了可能的應(yīng)用范圍。

其中一項技術(shù)是紅外光譜，用于醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域的分子鑒定。然而，即使是現(xiàn)有的最好的工具——傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）——也使用加熱元件作為其光源。紅外區(qū)域產(chǎn)生的探測器噪聲限制了器件的靈敏度，而物理特性則阻礙了小型化。

現(xiàn)在，由京都大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組通過結(jié)合量子光源解決了這個問題。其創(chuàng)新的超寬帶量子糾纏源可產(chǎn)生相對范圍更廣的紅外光子，波長在 2 μm 和 5 μm 之間。該研究發(fā)表在《光學(xué)》雜志上。

使用超寬帶糾纏光子的量子紅外光譜。

電子科學(xué)與工程系的Shigeki Takeuchi說：“這一成就為大幅縮小系統(tǒng)尺寸和提高紅外光譜儀靈敏度奠定了基礎(chǔ)”。

FTIR的另一個問題是將龐大而耗電的設(shè)備運送到各個地點進(jìn)行現(xiàn)場測試材料的負(fù)擔(dān)。Takeuchi展望未來，他的團(tuán)隊的緊湊型、高性能、電池供電的掃描儀將在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)和安全等各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)易于使用的應(yīng)用。

Takeuchi補充道：“我們可以獲得各種目標(biāo)樣品的光譜，包括硬固體、塑料和有機(jī)溶液。島津株式會社（我們開發(fā)量子光設(shè)備的合作伙伴）一致認(rèn)為，寬帶測量光譜對于區(qū)分各種樣品的物質(zhì)非常有說服力”。

盡管量子糾纏光并不新鮮，但迄今為止，帶寬被限制在紅外區(qū)域的1μm或更小的狹窄范圍內(nèi)。同時，這項新技術(shù)利用量子力學(xué)的獨特特性（如疊加和糾纏）來克服傳統(tǒng)技術(shù)的局限性。

該團(tuán)隊自主開發(fā)的啁啾準(zhǔn)相位匹配器件通過利用啁啾（逐漸改變元素的偏振反轉(zhuǎn)周期）在寬帶寬上產(chǎn)生量子光子對來產(chǎn)生量子糾纏光。

Takeuchi說：“提高量子紅外光譜的靈敏度和在紅外區(qū)域發(fā)展量子成像是我們開發(fā)真實世界量子技術(shù)的一部分”。

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