Случайные узоры света вместо долгого сканирования экспресс
Поиск одиночной светящейся точки в тёмном образце похож на попытку найти иголку в стоге сена: луч микроскопа ползёт строка за строкой, тратя время и свет впустую. Физики заменили этот медленный обход случайными узорами света. Образец освещают сразу широким полем, но каждый раз — новым узором из светлых и тёмных пятен, как будто на него проецируют случайные тени от решётки. Камера записывает, сколько света пришло от всей площадки, а алгоритм потом собирает из этих обрывков картинку.
В эксперименте использовали азотные дефекты в алмазе — крошечные дефекты кристаллической решётки, которые светятся как одиночные атомы. Оказалось, что для чёткой картинки хватает примерно 20% измерений от обычного построчного сканирования. Это как собрать пазл, взяв лишь пятую часть кусочков, но выбрав их не подряд, а по случайным местам.
Метод пошёл дальше простого свечения. Учёные научились восстанавливать карту квантовых свойств света — того, как фотоны приходят поодиночке, а не парами. Такая «карта одиночества» позволяет отличить настоящий одиночный источник света от скопления нескольких, и для неё тоже нужно в пять раз меньше данных. Редкие квантовые маячки теперь можно находить быстрее, не выжигая образец долгим лучом.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.10463
Optical imaging of quantum emitters is essential for a wide range of quantum applications. Conventional confocal imaging relies on point-by-point raster scanning, which is inherently time-consuming and photon-inefficient, particularly for sparse emitter distributions and photon-limited samples. Here, we demonstrate a compressive sensing-based imaging approach, where spatially structured wide-field excitation replaces raster scanning, enabling reconstruction of sparse emitters. In our implementation, random binary patterns are used to acquire compressive measurements, from which the spatial fluorescence distribution is reconstructed using a GPSR-BB algorithm. We experimentally demonstrate this approach using nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond as a representative platform, with high-fidelity image reconstruction achieved using only approximately $$20\%$$ of the measurements required for conventional raster scanning. In addition to intensity reconstruction, we extend this framework to reconstruct spatial maps of the second-order correlation function $$g^{(2)}(0)$$ from compressive measurements. This enables identification of single-photon emitters through antibunching signatures using significantly reduced data.
Азотный дефект в алмазе — это атом азота, занявший место углерода, и пустота рядом. Такой дефект светится настолько стабильно, что его используют как крошечный компас для измерения магнитных полей.