Fast quantum-enhanced imaging with visible-wavelength entangled photons

光学 光子 量子成像 物理 光子纠缠 自发参量下转换 量子光学 波长 量子 光电子学 量子信息 量子纠缠 量子网络 量子力学
作者
Robin Camphausen,Adrià Sansa Perna,Álvaro Cuevas,Alexander Demuth,Javier Arrés Chillón,Markus Gräfe,Fabian Steinlechner,Valerio Pruneri
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:31 (4): 6039-6039 被引量:15
标识
DOI:10.1364/oe.471429
摘要

Quantum resources can provide supersensitive performance in optical imaging. Detecting entangled photon pairs from spontaneous parametric down conversion (SPDC) with single-photon avalanche diode (SPAD) image sensor arrays (ISAs) enables practical wide-field quantum-enhanced imaging. However, matching the SPDC wavelength to the peak detection efficiency range of complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) compatible mass-producible SPAD-ISAs has remained technologically elusive, resulting in low imaging speeds to date. Here, we show that a recently developed visible-wavelength entangled photon source enables high-speed quantum imaging. By operating at high detection efficiency of a SPAD-ISA, we increase acquisition speed by more than an order of magnitude compared to previous similar quantum imaging demonstrations. Besides being fast, the quantum-enhanced phase imager operating at short wavelengths retrieves nanometer scale height differences, tested by imaging evaporated silica and protein microarray spots on glass samples, with sensitivity improved by a factor of 1.351 ± 0.004 over equivalent ideal classical imaging. This work represents an important stepping stone towards scalable real-world quantum imaging advantage, and may find use in biomedical and industrial applications as well as fundamental research.
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