量子技术可以用来提高精密测量与传感的灵敏度和信噪比。相比于激光雷达，基于量子照明的光雷达可以通过纠缠光所提供的关联信息提高信噪比。然而，现有方案需要对纠缠光进行时间关联单光子计数。为避免探测器饱和，只在极弱光（皮瓦）条件下可用，需要很长的探测时间（小时），并且其距离精度受探测器时间抖动影响局限在厘米量级。

为了打破关联探测技术对量子雷达的限制，浙江大学王大伟课题组提出并实现了一种基于量子诱导相干的光雷达技术（QuIC LiDAR）。这一技术利用了量子擦除的原理：用于探测物体的光子被反射后不被直接探测，而是用于擦除与它纠缠的参考光的路径信息，使参考光干涉条纹得以显现。因此，只需要探测保留在本地的参考光就可以获得物体的距离，从而避免了伴随探测光的环境噪音对探测器的影响。

图1. QuIC LiDAR示意图

一束532纳米泵浦光两次穿过一块周期性极化铌酸锂晶体，通过自发参量下转换产生波长为1316纳米和893纳米的纠缠光子对。其中1316纳米作为探测光射向目标并被反射，另一支参考光则留在本地被扫描镜反射。泵浦光两次穿过晶体都有可能产生纠缠光子，这两个过程能否发生干涉取决于路径信息是否原则上可分辨。一般情况下，探测光可以泄露参考光的路径信息，即泵浦光产生纠缠光子对的时间。然而，当被测物体和扫描镜距离晶体的光程相等时，原则上我们不能区分纠缠光子是泵浦光哪一次穿过晶体产生的，从而实现路径信息的擦除，并在参考光探测器上观察到干涉图样。

由于噪音既不能擦除也不能泄露路径信息，环境光噪音对QuIC LiDAR没有影响。我们用LED作为噪音源验证了这一结论。为了测试雷达的抗阻塞效果，我们将一束和探测光相同频率的激光射向晶体，结果只在少数像素点通过非线性过程产生了噪音，而其他像素不受影响。QuIC LiDAR可在强光照射下使用，具有毫秒级成像时间以及微米级距离探测精度。此外，该雷达既具有红外光的穿透能力，又可以利用硅基探测器进行灵敏探测，兼具1550和905纳米激光雷达的优点，结合光学芯片技术可用于开发高抗噪性的汽车光雷达。

图2. 对物体的三维重建和抗噪的演示。

    该成果发表于《Physical Review Letters》（Qian et al, “Quantum Induced Coherence Light Detection and Ranging”, Phys. Rev. Lett. 131, 033603 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.033603）。论文第一作者是物理学院钱格威，共同通讯作者为物理学院徐兴奇博士和王大伟研究员。其他作者还包括物理学院朱顺安、徐晨燃博士和朱诗尧院士、信电学院高飞研究员、光电学院刘旭教授以及德州农工大学Yakovlev教授。