研究人员最近表明，量子启发式技术可用在激光雷达(LiDAR)成像上，其深度分辨率要比传统方法高得多。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，它通常只适合对大型物体(如地形特征或建筑结构)进行成像。

来自英国格拉斯哥大学的该研究小组负责人Ashley Lyons说：“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。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。”

在发表在《Optics Express》中的论文中，Lyons和第一作者Robbie Murray描述了这项新技术，他们称之为“双光子干涉激光雷达成像”。他们研究表明，这种激光雷达可以区分距离小于2毫米的反射表面，并能创建具有微米级分辨率的高分辨率3D图像。

Lyons说：“这项工作可能会导致比现在具有更高分辨率的3D成像，这对于涉及小特征的面部识别和跟踪应用可能很有用。在实际使用中，可以用传统的激光雷达来粗略了解物体可能在哪里，然后可以用我们的方法对物体进行仔细测量。”

使用经典纠缠光

这些新技术使用了“量子激发”干涉测量法，它是从两束相互干涉的光束中提取信息。纠缠的光子对(或量子光)经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耗高的情况下表现不佳，而且几乎所有激光雷达总是如此。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到了经典(非量子)光中。

Lyons说：“对于量子纠缠的光子，在技术要求变得非常高之前，每单位时间内只能产生一定数量的光子对。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，它们总是会纠缠在一起，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。研究人员利用了经典光的这一特性，通过观察两个光子何时同时到达探测器来非常精确地计算一个光子的到达时间。

提高深度分辨率

Lyons说：“时间信息让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。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，但它让我们能够更准确地计算光子到达探测器所需的时间，这直接转化为了更大的深度分辨率。”

研究人员利用这种技术的激光雷达检测了一块约2毫米厚的玻璃的两个反射面，并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。他们还使用这种新方法创建了一个具有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能区分关键面部特征或人与人之间其他差异所需的详细信息。

双光子干涉激光雷达在单光子水平上也能很好地工作，这可以增强用于非视距成像或通过高散射介质进行成像的更复杂方法。但目前，它获取图像需要很长的时间，因为它需要扫描所有三个空间维度。研究人员正在努力通过减少获取3D信息所需的扫描量来加快这一过程。（编译:Qtech）