南京大学陆延青教授团队，成功研发出基于多功能液晶的电可调谐预示单光子成像系统。该系统实现了亮场成像、边缘检测及其叠加模式的动态远程切换，借助铁电液晶更达成亚毫秒级超快双模切换，在光子受限场景下仍保持高信噪比，为光敏样品检测、量子信息处理提供了全新解决方案。
光学图像处理技术在机器视觉、自动驾驶、显微成像等领域应用广泛，其中边缘检测能提取目标精细轮廓，大幅减少数据量并加速后续处理。但在光子受限场景中，尤其是光敏样品识别时，弱光探测易受环境噪声干扰，信噪比极低。量子纠缠光源凭借非经典相关性，与预示单光子成像结合后展现出极强的抗噪声能力，但现有方案普遍缺乏动态操控纠缠光子的能力，功能固定单一。
该研究创新性地构建了基于偏振纠缠光源与多功能液晶（胆甾相液晶、向列相液晶、铁电液晶）的成像平台。核心器件为双手性胆甾相液晶调制器，由两层旋向相反但光子带隙相同的胆甾相液晶组成，利用其螺旋超结构产生的圆偏振选择反射特性，实现两种偏振依赖的反射通道：右手圆偏振通道通过径向希尔伯特变换实现各向同性边缘增强，左手圆偏振通道实现亮场成像，且不会导致两通道间明显退相干。
实验中，通过偏振萨格纳克干涉仪产生贝尔态偏振纠缠光子对，信号光子用于照明目标并经双手性液晶调制器成像，闲置光子作为触发信号控制增强电荷耦合器件（ICCD）相机。利用量子纠缠的非局域性，在闲置光子支路引入电可调液晶波片，通过外部电压调控其相位延迟，即可远程选择闲置光子的偏振态，进而使信号光子的偏振态坍缩到对应成像模式，实现无机械接触的动态切换。
向列相液晶波片的引入实现了三模式量子成像切换。通过施加 1kHz 方波信号调节液晶分子倾斜角，改变 810nm 波长的相位延迟，进而选择闲置光子的不同偏振分量，在符合测量下分别获得边缘检测、叠加成像和亮场成像结果。三种模式分别呈现目标精细轮廓、明暗场叠加信息和完整形态，信噪比显著优于同曝光时间下的经典直接成像，环境噪声被高效抑制。
为提升时间效率，团队采用铁电液晶波片实现超快远程控制。铁电液晶在外部电场作用下，分子沿圆锥面旋转并重新排列，等效于波片光轴旋转，切换极性即可实现圆偏振态的快速转换。实验测得切换响应时间仅为 108μs 和 77μs，成功实现边缘检测与亮场成像的亚毫秒级双模切换，为时间分辨成像和时序逻辑控制提供了可能。
整个系统的核心优势在于量子纠缠与液晶特性的深度融合。预示单光子成像利用时间关联实现高效降噪，双手性液晶调制器提供多功能成像基础，不同类型液晶的电可调特性则满足动态调控与超快响应的多样化需求。实验验证显示，该方案在室温环境下性能稳定，液晶器件的透光光谱在一定温度范围内保持稳定，翻转双手性液晶器件后，仍能对任意入射光实现边缘提取，展现出良好的鲁棒性。
