Обработка и анализ мультиплицированных квантовых и фантомных оптических изображенийНИР

Processing and analysis of multiplexed quantum and ghost optical images

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Обработка и анализ мультиплицированных квантовых и фантомных оптических изображений
Результаты этапа: На основании анализа формирования квантовых фантомных изображений получены следующие результаты, относящиеся к фундаментальным основаниям квантовых вычислений. Детальный расчет дифракционных ограничений пространственного разрешения квантовых фантомных изображений [П1] показал несостоятельность вывода авторов работы [П2], утверждавших нарушение принципа неопределенностей Гейзенберга на основании проведенного ими эксперимента по проверке парадокса К. Поппера. Оказалось, что зарегистрированный ими эффект связан не с сенсационными особенностями квантовых запутанных систем, а с дифракционными эффектами, тщательно нами изученными [П1]. Заложенные нами основы расчета пространственного разрешения фантомных изображений могут применяться и в других схемных решениях формирования фантомных изображений. Независимо от нас аналогичные результаты были получены и другими группами исследователей примерно в то же время [П3, П4]. Это является косвенным подтверждением актуальности решенной нами задачи. В дальнейшем мы планируем постановку и проведение численного эксперимента для окончательного подтверждения полученных нами результатов. Другим важным результатом в области проверки фундаментальных основ квантовых вычислений, является анализ с точки зрения формирования фантомных изображений эксперментов с отложенным выбором и так называемым квантовым ластиком [П5-П7]. По громким утверждениям авторов этих работ, они экспериментально зарегистрировали нарушение принципа причинности к самом сильном смысле этого слова, т.е. влияния последующего события на предыдущее. Не оспаривая принципиальной возможности такого нарушения, нами строго доказано, что в упомянутых схемах отложенного выбора квантового ластика никакого влияния последующего события на предыдущее не существует. Это результат, наряду с незыблемостью принципа неопределенностей Гейзенберга, пресекает спекуляции на эту тему. Построен и исследован алгоритм редукции для обработки мультиплексированных квантовых фантомных изображений, позволяющий использовать информацию о разреженности заданного преобразования распределения прозрачности в дополнение к информации о квантовых корреляциях мультиплицированных изображений. В отличие от известного подхода сжатых измерений, в разработанном методе погрешность измерения моделируется не как произвольный вектор с ограниченной нормой, а как случайный вектор. Дисперсии компонент результата редукции вектора вычисляются, исходя из квантовых корреляций формируемых изображений, и с помощью вычисленных дисперсий определяется, какие компоненты изображения несут информацию, а какие в соответствии с предположением о разреженности должны быть отброшены. Показана возможность восстановления разработанным алгоритмом изображения объекта исследования даже при его освещении небольшим числом фотонов (~1-10 фотонов на пиксель) и влияние на результат редукции преобразования, с помощью которого формализуется информация о разреженности (на примере преобразования Хаара и дискретного вейвлет-преобразования). Продемонстрировано повышение качества обработки по сравнению как с обычными изображениями, так и с немультиплексированными фантомными изображениями. Разработанный алгоритм редукции адаптирован к задаче обработки мультиплексированных параметрически усиленных изображений. В этом случае, как и в предыдущем, при обработке использовалась информация о разреженности заданного преобразования распределения прозрачности в дополнение к информации о квантовых корреляциях мультиплицированных изображений. Показано, как изменение параметров нелинейного кристалла, используемого в параметрическом усилении, влияет на качество результата редукции. [П1] Белинский А. В. О "парадоксе" Карла Поппера и его связи с принципом неопределенностей Гейзенберга и квантовыми фантомными изображениями // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. — 2018. — № 5. [П2] Kim Y. H., Shih Y. // Found. of Phys. 1999. 29. P. 12. [П3] Moreau P.-A., Morris P. A., Toninelli E. et al. Experimental Limits of Ghost Diffraction: Popper’s Thought Experiment // Scientific Reports. 2018. Vol. 8, Article number: 13183. [П4] Moreau P.-A., Morris P. A., Toninelli E. et al. Resolution limits of quantum ghost imaging // Optics Express. 2018. Vol. 26, issue 6. P. 7528-7536. [П5] Zeilinger A. A Foundational Principle for Quantum Mechanics // Found Phys. 1999. Vol. 29, issue 4. P. 631-643. [П6] Brukner C., Zeilinger A. Malus' law and quantum information // Acta Physica Slovava. 1999. 49. P. 647. [П7] Brukner C., Zeilinger A. Operationally Invariant Information in Quantum Measurements // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 83. P. 3354.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".