模式识别在信息安全等领域具有重要的应用前景.与传统的计算匹配识别方法相比,基于光学手段的模式识别技术具有并行高效的特点.尤其是量子关联成像,近年来在量子力学基本问题检验、无损生物成像和高信噪比量子成像等应用方面都展现出了诸多诱人的前景,已成为当前物理学的研究热点之一[1].
2019年3月26日,厦门大学物理科学与技术学院陈理想教授课题组在《Physical Review Letters》上发文[2],通过光场调控,创造性地将传统的模式识别技术与量子关联成像融合起来,首次实现了量子人脸识别技术.在该工作中,他们采用空间结构光场代替常用的基模高斯光场来泵浦非线性晶体,从而有效操控自发参量下转换产生的纠缠双光子对的关联特性.如图1所示,首先将标准目标的人脸傅里叶频谱信息通过泵浦光场预先加载在纠缠双光子的波函数中,从而在物理上等效构建一个量子版本的Vander Lugt滤波器.再利用纠缠光子对中的一个光子照射待检测对象,并利用另外一个光子读出相关峰信号.因此,用来获取相关峰信号的光子本身并不需要直接接触或照射到待检测对象.并且,因为该方案可以在单光子水平工作,被检测对象根本不会感受到他们被识别的过程,所以图像的获取及信息处理都具有非常好的隐蔽性,在信息安全领域将具有重要的应用前景.美国物理学会Physics网站评价说,“他们开发的这种量子新技术避免了复杂的图像分析算法”.
陈理想教授课题组在前期的研究中,通过光场调控手段,已实现非线性光学螺旋相衬成像[3]、少光子高阶涡旋点亮[4]以及基于旋转Doppler效应的远程传感技术[5].这一系列工作表明,通过光场调控可以构建系列新颖的光图像处理技术,这些研究在量子信息处理、量子传感技术等前沿研究领域具有重要的应用价值.
