量子灵感计算技术让模糊图像变清晰

波前整形是透过像差进行光学成像的关键技术，但传统方法依赖物理调制器和迭代优化，难以在湍流等动态环境中实时应用。受量子非局域像差抵消现象启发，研究团队提出一种无需物理调制器的计算波前整形技术（QiCWS）。该技术利用经典关联照明和单像素探测，通过在计算域施加虚拟相位调制来校正像差，省去了物理空间光调制器（SLM）或阵列传感器。

传统波前整形方法常使用SLM进行迭代优化以控制光场，但SLM的速度限制使其无法应对湍流等动态无序环境；而全息和干涉技术虽减少了对硬件调制器的依赖，却需要高分辨率阵列探测器来记录全息图或干涉信息，在光子通量低的场景（如远距离成像）中并不实用。QiCWS则借鉴量子非局域像差抵消的思想，利用赝热光的经典二阶相干性，通过计算在参考光场传播路径上施加虚拟相位掩模来校正像差。这一方法仅需单像素探测器即可工作，能在低光子通量及从深紫外到太赫兹的宽光谱范围内应用（这些波段的阵列传感器成本高昂或不实用）。

为验证QiCWS，研究团队将其应用于分布式光学孔径合成成像（DOASI）。该系统将激光分成多个空间分离的子源，每个子源具有未知的相对相位（无需主动相位控制）并进行独立随机相位调制，形成动态散斑图案透过大气湍流照明目标，再由单像素探测器收集反射光。由于参考图案仅基于已知的子源调制相位计算（不包含相对相位和湍流影响），初始成像模糊，但在湍流相干时间（毫秒级）内，子源相对相位和湍流保持稳定，QiCWS可借此计算校正复合静态像差。

实验结果显示，QiCWS能有效校正数字和物理像差，平均斯特列尔比约为0.84；在子源相位失配情况下，通过遗传算法优化补偿相位，成功重建清晰图像，校正后点扩散函数的斯特列尔比达0.64；在不同强度的科尔莫戈罗夫谱湍流中（Fried参数低至10.7），仍能保持衍射极限分辨率，对3米外目标成像的实验分辨率为0.157毫米，达到合成孔径理论极限（0.152毫米）的97%。

该研究将传统上难以解决的硬件挑战转化为计算可解问题，突破了干涉测量的亚波长稳定性限制和自适应光学的硬件复杂性，为航空航天、生物医学和量子增强光子学等领域的轻量化、高分辨率远距离成像开辟了新途径。尽管图像重建需多次采样测量，但现代单像素探测器的千兆赫速率可在湍流准平稳期内完成数据采集，后续离线优化仍能实现像差校正。