КВА́НТОВАЯ ОБРАБО́ТКА ИЗОБРАЖЕ́НИЙ

КВА́НТОВАЯ ОБРАБО́ТКА ИЗО­БРАЖЕ́НИЙ, ис­поль­зу­ет дос­ти­же­ния кван­то­вой оп­ти­ки, ко­то­рые по­зво­ля­ют управ­лять про­стран­ст­вен­ным рас­пре­де­ле­ни­ем кван­то­вых флук­туа­ций све­та в по­пе­реч­ном се­че­нии све­то­во­го пуч­ка и умень­шать их ни­же уров­ня дро­бо­во­го шу­ма. Это сни­же­ние кван­то­вых флук­туа­ций в про­стран­ст­ве поз­во­ля­ет улуч­шить ка­че­ст­во об­ра­бот­ки оп­тич. изо­бра­же­ний.

Оп­тич. изо­бра­же­ния соз­да­ют­ся, счи­ты­ва­ют­ся и пе­ре­но­сят­ся с по­мо­щью рас­пре­де­лён­ных в про­стран­ст­ве све­то­вых по­лей. Пре­дель­ная точ­ность этих опе­ра­ций оп­ре­де­ля­ет­ся кван­то­вы­ми флук­туа­ция­ми све­та. Ла­зер­ны­ми ме­то­да­ми и ме­то­да­ми не­ли­ней­ной оп­ти­ки по­лу­че­ны не­клас­сич. све­то­вые по­ля, флук­туа­ции ко­то­рых, про­яв­ляю­щие­ся в про­цес­се на­блю­де­ния, мень­ше пре­де­лов, ус­та­нов­лен­ных клас­сич. фи­зи­кой. Со­от­но­ше­ния не­оп­ре­де­лён­но­стей не до­пус­ка­ют су­ще­ст­во­ва­ния по­лей, в ко­то­рых по­дав­ле­ны кван­то­вые флук­туа­ции всех фи­зич. па­ра­мет­ров, но по­зво­ля­ют умень­шать флук­туа­ции на­блю­дае­мых в экс­пе­ри­мен­те па­ра­мет­ров за счёт не важ­ных в дан­ном на­блю­де­нии (и при этом не ком­му­ти­рую­щих с на­блю­дае­мы­ми).

Осн. ви­ды не­клас­сич. све­то­вых по­лей – это т. н. би­фо­то­ны спон­тан­но­го па­ра­мет­ри­че­ско­го рас­сея­ния, по­ля в сжа­том со­стоя­нии и пе­ре­пу­тан­ном со­стоя­нии (см. Кван­то­вые со­стоя­ния) и по­ля с суб­пу­ас­со­нов­ской ста­ти­сти­кой фо­то­нов (см. Кван­то­вая оп­ти­ка, Ста­ти­сти­ка фо­то­от­счё­тов), ко­то­рые осо­бен­но ин­тен­сив­но изу­ча­ют­ся с сер. 1980-х гг.

На ран­них эта­пах ис­сле­до­ва­ний в осн. изу­ча­лось по­ве­де­ние кван­то­вых флук­туа­ций не­клас­сич. по­лей с про­стой про­ст­ран­ст­вен­ной струк­ту­рой (од­на про­ст­ран­ст­вен­ная мо­да). С кон. 20 – нач. 21 вв. раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся ме­то­ды по­лу­че­ния про­стран­ст­вен­но мно­го­мо­до­вых све­то­вых по­лей, в ко­то­рых кван­то­вые флук­туа­ции по­дав­ле­ны не толь­ко во вре­ме­ни, но и в по­пе­реч­ном се­че­нии вол­ны. Ис­сле­ду­ет­ся не­ли­ней­ное сме­ше­ние све­то­вых волн в по­пе­реч­но про­тя­жён­ных не­ли­ней­ных кри­стал­лах как в сво­бод­ном про­стран­ст­ве (при од­ном про­хо­де из­лу­че­ния), так и в ши­ро­ко­апер­тур­ных оп­ти­че­ских ре­зо­на­то­рах. Изу­ча­ет­ся воз­мож­ность син­те­за про­стран­ст­вен­но мно­го­мо­до­во­го не­клас­сич. све­та пу­тём оп­тич. сме­ше­ния од­но­мо­до­вых све­то­вых по­то­ков в не­клас­сич. со­стоя­нии. На этой ос­но­ве пред­ло­же­ны разл. спо­со­бы К. о. и. Мож­но соз­да­вать све­то­вые по­то­ки с бо­лее рав­но­мер­ным, чем слу­чай­ное, рас­пре­де­ле­ни­ем фо­то­нов в се­че­нии пуч­ка. Изо­бра­же­ние, за­пи­сан­ное с по­мо­щью та­ко­го све­та на ма­т­ри­це фо­то­при­ём­ни­ков с вы­со­кой кван­то­вой эф­фек­тив­но­стью, не бу­дет иметь про­ст­ран­ст­вен­ных дро­бо­вых шу­мов. Это ак­ту­аль­но при на­блю­де­нии про­зрач­ных объ­ек­тов, имею­щих пре­дель­но ма­лую кон­тра­ст­ность. Мож­но счи­ты­вать с вы­со­кой точ­но­стью рас­пре­де­ле­ния на­бе­га фа­зы в про­тя­жён­ных про­зрач­ных объ­ек­тах (эл­лип­со­мет­рия с про­стран­ст­вен­ным раз­ре­ше­ни­ем), по­дав­лять кван­то­вые флук­туа­ции на­блю­де­ния в мик­ро­ско­пии (кван­то­вое сверх­раз­ре­ше­ние). К К. о. и. от­но­сит­ся и фан­том­ное де­тек­ти­ро­ва­ние изо­бра­же­ний – вос­ста­нов­ле­ние изо­бра­же­ния-транс­па­ран­та, по­ме­щён­но­го в све­то­вой по­ток, при де­тек­ти­ро­ва­нии др. све­то­во­го по­то­ка, ко­то­рый кор­ре­ли­ро­ван с пер­вым на кван­то­вом уров­не, но мо­жет иметь от­ли­чаю­щие­ся фи­зич. ха­рак­те­ри­с­ти­ки, напр. др. не­су­щую час­то­ту (цвет). Ме­то­ды К. о. и. по­зво­ля­ют с вы­со­кой точ­но­стью из­ме­рять мик­ро­ско­пич. по­пе­реч­ные сме­ще­ния ла­зер­но­го лу­ча.

Под­хо­ды К. о. и. мо­гут быть при­ме­не­ны и в кван­то­вой ин­фор­ма­ции (см. Кван­то­вая тео­рия ин­фор­ма­ции), в ко­то­рой по­яв­ля­ют­ся но­вые воз­мож­но­сти бла­го­да­ря при­су­ще­му оп­ти­ке па­рал­ле­лиз­му об­ра­бот­ки оп­тич. изо­бра­же­ния. Эта осо­бен­ность К. о. и. по­зво­ля­ет су­ще­ст­вен­но уве­ли­чить ин­фор­мац. ём­кость не­ко­то­рых кван­то­во-ин­фор­мац. про­то­ко­лов, та­ких, напр., как кван­то­вая те­ле­пор­та­ция и кван­то­вое плот­ное ко­ди­ро­ва­ние. Кван­то­вую те­ле­пор­та­цию мож­но рас­смат­ри­вать как пре­дель­ный слу­чай го­ло­гра­фич. вос­ста­нов­ле­ния вол­но­во­го фрон­та без до­бав­ле­ния кван­то­вых шу­мов, что не­дос­ти­жи­мо в клас­сич. го­ло­гра­фии.