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多光子非线性量子干涉首次实现 为新型量子态制备等应用奠定基础******

　　科技日报合肥1月16日电 (记者吴长锋)记者16日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队任希锋研究组与国外同行合作，基于光量子集成芯片，在国际上首次展示了四光子非线性产生过程的干涉。相关成果日前发表在光学权威学术期刊《光学》上。

　　量子干涉是众多量子应用的基础，特别是近年来基于路径不可区分性产生的非线性干涉过程越来越引起人们的关注。尽管双光子非线性干涉过程已经实现了20多年，并且在许多新兴量子技术中得到应用，直到2017年，人们才在理论上将该现象扩展到多光子过程，但实验上由于需要极高的相位稳定性和路径重合性，一直未获得新进展。光量子集成芯片，以其极高的相位稳定性和可重构性逐渐发展成为展示新型量子应用、开发新型量子器件的理想平台，也为多光子非线性干涉研究提供了实现的可能性。

　　任希锋研究组长期致力于硅基光量子集成芯片开发及相关应用研究并取得系列重要进展。在前工作基础上，研究组通过进一步将多光子量子光源模块、滤波模块和延时模块等结构片上级联，在国际上首次展示了四光子非线性产生过程的相干相长、相消过程，其四光子干涉可见度为0.78。而双光子符合并未观测到随相位的明显变化，这同理论预期一致。整个实验在一个尺寸仅为3.8×0.8平方毫米的硅基集成光子芯片上完成。

　　这一成果成功地将两光子非线性干涉过程扩展到多光子过程，为新型量子态制备、远程量子计量以及新的非局域多光子干涉效应观测等应用奠定了基础。审稿人一致认为这是一个重要的研究工作，并给出了高度评价：该芯片设计精良，包含多种集成光学元件，如纠缠光子源、干涉仪、频率滤波器/组合器；这项工作推动了集成光子量子信息科学与技术研究领域的发展。

世界杯 | 消灭“越位”争议 它们的眼睛就是尺******

　　世界杯记录着年轻人的成长

　　也见证着赛场科技的革新

　　巴西世界杯引进门线技术

　　俄罗斯世界杯采用视频助理裁判（VAR）

　　半自动越位识别技术（SAOT）

　　也在2022卡塔尔世界杯上首次亮相

　　图源：新华社——VAR工作间

　　今天就让我们一起来了解

　　世界杯里的“黑科技”

　　看看在本届世界杯中

　　它们又会有怎样的应用呢？

　　从没有裁判到科技协助裁判

　　回望百余年前，最初的足球规则甚至都没有引入裁判这个概念。

　　起初，球场上出现的争议由双方队长商议解决，不过，随之而来的抱怨和混乱让队长们力不从心。于是，裁判的角色应运而生，他口中的哨子甚至要比裁判本身更早进入到足球规则里。在随后的日子里，两名助理裁判（或称之为边裁）加入比赛，辅助主裁判对比赛做出判罚。

　　图源：网络——国际足球协会理事会（IFAB）编纂的《竞赛规则》

　　电视转播的出现，让观众能够更加清晰地观察到赛场上的细节，也促使裁判的辅助工具实现“进化”。英超是最先提出使用门线技术的主流联赛，不过他们的动议起初却遭到了国际足球协会理事会（IFAB）拒绝。

　　门线技术（Goal-line technology）可以判断球是否越过了球门线，从而判断是否进球有效，该系统是基于嵌进球中的一个芯片，当球穿过布于球门区域的传感器时，芯片可向主裁判所佩戴的智能腕表发送信号。

　　2010年南非世界杯中的一场比赛，成为这一技术得以使用的重要转折点。在英格兰对阵德国的八分之一决赛中，三狮军团中场兰帕德一脚精彩的射门已明显越过门线，但却被裁判吹罚无效。最终，英格兰以1:4惨遭淘汰。

　　兰帕德的“门线冤案”，促使门线技术投入到使用中

　　这粒被吹出的入球不仅促使门线技术被正式采用，也极大地扭转了足球规则的制定者们对于使用高科技手段的态度。

　　后来，随着科技的发展，VAR技术在所有大型比赛和50多个国家（地区）的联赛等比赛中都得到了广泛的使用。

　　VAR是英文Video Assistant Referee的缩写，也被称作“视频助理裁判”，由现役裁判员担任，他的职责是通过回放视频向裁判员提供信息，协助裁判员纠正改变比赛走势清晰明显的错漏判，提高判罚的准确性。

　　VAR主要依靠遍布足球场上的多个摄像机镜头，多机位，多角度捕捉场上球员的每一个细小动作，从而做到“火眼金睛”。当场上出现争议判罚或主裁判需要调取比赛录像时，由技术人员操作，调出相对应的回放节点，以得到更加公正的比赛判罚。

　　技术创新的最新成果

　　虽然VAR也可以辅助裁判进行越位识别，但有时碍于镜头角度以及划线位置，在一些体毛级越位的判定上，VAR仍有其局限性。

　　图源：网络 半自动越位识别技术工作原理

　　半自动越位识别技术（SAOT）可以理解为VAR的延伸，每座球场顶部将设置12台特制摄像机，对场上的足球和球员进行追踪，以每秒50次的频率发送数据，能够精准确定每名球员的位置。特制摄像机和球内传感器收集的数据信息将由人工智能系统进行分析，只需几秒钟就能对越位情况作出判断。

　　图源：网络 半自动越位识别技术示意图

　　主裁判判罚完成后，SAOT会生成3D动画图像，在场内大屏幕以及电视上播放，以更直观地展示球员越位的具体位置，让判罚更加清晰、有说服力。

　　2021年阿拉伯杯及2021年世俱杯等赛事中的测试中，半自动越位识别技术取得了不错的效果。有统计数据显示，在该技术支持下，视频助理裁判检查越位的平均时长从70秒以上降至25秒。

　　图源：网络 2022卡塔尔世界杯官方海报

　　从起初的哨音

　　到如今先进的

　　半自动越位识别技术

　　裁判员的“工具箱”不断升级

　　历经一百多年的发展历程

　　足球运动能够始终

　　作为全世界开展最广泛

　　最受欢迎的运动之一

　　不断创新是它最主要的动力之源

　　资料来源：人民网、人民日报体育、环球杂志、澎湃新闻

　　整理：董小娴 蔡琳

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）