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山东高等技术研究院精密测量团队在量子成像方向取得新进展，提出并实现了一种基于多关联中心策略的快速量子超分辨成像方法，将量子超分辨成像的数据采集效率提升约20倍。相关成果以"Quantum Super-resolution Imaging with Multicenter Integration"为题发表在光学领域期刊《ACS Photonics》。

经典光学成像受衍射极限限制，而量子成像利用自发参量下转换（SPDC）产生的空间纠缠双光子态，能够实现超越经典分辨极限的超分辨成像，且无需荧光标记即可有效抑制非相关噪声，特别适用于光敏生物样品。然而，传统量子成像方法通常仅对围绕单一关联中心对称分布的双光子进行统计，数据采集速度缓慢，往往需要数十万帧图像才能达到足够的信噪比，严重制约了其实际应用。针对这一问题，研究团队采用厚度为3 mm的β-硼酸钡（BBO）非线性晶体产生高计数率的双光子源，并提出多关联中心重建策略。即在厚晶体展宽的双光子空间相关分布中，选取多个关联中心，对围绕各中心对称分布的双光子信号进行合成。该方法在保持约2倍分辨率增强的同时，且显著提升了图像信噪比。

图1 量子成像系统图(a)和生物成像结果对比。(b) 经典成像；(c) 量子成像。

实验采用405 nm连续波激光泵浦3 mm厚BBO晶体，通过电子倍增CCD（EMCCD）在光源傅里叶平面进行高灵敏度符合测量。研究团队以浆果茸毛为样品，对比了经典成像与量子成像结果，验证了多关联中心法对样品边缘及细微结构的分辨能力。

结果表明，成像分辨率由经典方法的4.71像素提升至量子方法的2.36像素，实现了近2倍的超分辨增强。并且，传统量子方法采集20万帧图像的信噪比约为7.8，而多中心方法仅需1万帧即可达到8.3的信噪比，将数据采集时间缩短约20倍。随着关联中心数量从1个增加至25个，图像信噪比逐步提升并趋于饱和。

图2 多关联中心法提升成像速度

该工作有效解决了量子成像中光子通量与相关清晰度之间的权衡难题，为快速、低光损伤的量子超分辨显微成像提供了新途径。该方法有望在无标记生物成像、量子显微技术等领域发挥重要作用。

论文链接：DOI: https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c02335