Un progetto collaborativo ha fatto un passo avanti nel miglioramento della velocità e della risoluzione del rilevamento quantistico ad ampio campo, aprendo nuove opportunità nella ricerca scientifica e nelle applicazioni pratiche.
Collaborando con scienziati della Cina continentale e della Germania, il team ha sviluppato con successo una tecnologia di rilevamento quantistico utilizzando un sensore di visione neuromorfico, progettato per imitare il sistema di visione umana. Questo sensore è in grado di codificare i cambiamenti nell'intensità della fluorescenza in picchi durante le misurazioni di risonanza magnetica (ODMR) rilevate otticamente.
Il vantaggio principale di questo approccio è che si traduce in volumi di dati altamente compressi e una latenza ridotta, rendendo il sistema più efficiente rispetto ai metodi tradizionali. Questa svolta nel rilevamento quantistico ha potenziale per varie applicazioni in campi come il monitoraggio dei processi dinamici nei sistemi biologici.
Il documento di ricerca è stato pubblicato sulla rivista Advanced Science , intitolato "Rilevamento quantistico del diamante ad ampio campo con sensori di visione neuromorfici". Il progetto è stato guidato dal professor Zhiqin Chu, dal professor Can Li e dal professor Ngai Wong, presso il Dipartimento di ingegneria elettrica ed elettronica dell'Università di Hong Kong (HKU)
"I ricercatori di tutto il mondo hanno dedicato molti sforzi alla ricerca di modi per migliorare l'accuratezza della misurazione e la risoluzione spaziotemporale dei sensori delle fotocamere. Ma rimane una sfida fondamentale:gestire l'enorme quantità di dati sotto forma di fotogrammi di immagine che devono essere trasferiti dai sensori delle fotocamere per ulteriore elaborazione.
"Questo trasferimento di dati può limitare significativamente la risoluzione temporale, che in genere non supera i 100 fps a causa dell'uso di sensori di immagine basati su fotogrammi. Ciò che abbiamo fatto è stato cercare di superare il collo di bottiglia", ha affermato Zhiyuan Du, il primo autore dello studio. carta e dottorato di ricerca candidato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
Du ha affermato che l’attenzione del suo professore al rilevamento quantistico ha ispirato lui e altri membri del team a esplorare nuovi orizzonti nel settore. È anche guidato dalla passione per l'integrazione di rilevamento e informatica.
"L'ultimo sviluppo fornisce nuove informazioni per il rilevamento quantistico ad ampio campo ad alta precisione e a bassa latenza, con possibilità di integrazione con dispositivi di memoria emergenti per realizzare sensori quantistici più intelligenti", ha aggiunto.
L'esperimento del team con una telecamera per eventi standardizzata ha dimostrato un miglioramento di 13 volte nella risoluzione temporale, con una precisione paragonabile nel rilevamento delle frequenze di risonanza ODMR con l'approccio all'avanguardia basato su frame altamente specializzato. La nuova tecnologia è stata utilizzata con successo nel monitoraggio del riscaldamento laser modulato dinamicamente di nanoparticelle d'oro rivestite su una superficie di diamante. "Sarebbe difficile eseguire lo stesso compito utilizzando gli approcci esistenti", ha affermato Du.
A differenza dei sensori tradizionali che registrano i livelli di intensità della luce, i sensori di visione neuromorfici elaborano la variazione dell'intensità della luce in "picchi" simili ai sistemi di visione biologici, portando a una migliore risoluzione temporale (≈μs) e gamma dinamica (>120 dB). Questo approccio è particolarmente efficace negli scenari in cui i cambiamenti dell'immagine non sono frequenti, come il tracciamento di oggetti e i veicoli autonomi, poiché elimina i segnali di sfondo statici ridondanti.
"Prevediamo che la nostra dimostrazione di successo del metodo proposto rivoluzionerà il rilevamento quantistico ad ampio campo, migliorando significativamente le prestazioni a un costo accessibile", ha affermato il professor Zhiqin Chu.
"Ciò avvicina anche la realizzazione dell'elaborazione quasi sensoriale con i dispositivi emergenti di sinapsi elettronica basati sulla memoria", ha affermato il professor Can Li.
"Il potenziale della tecnologia per l'uso industriale dovrebbe essere esplorato ulteriormente, ad esempio studiando i cambiamenti dinamici nelle correnti nei materiali e identificando i difetti nei microchip", ha affermato il professor Ngai Wong.
Ulteriori informazioni: Zhiyuan Du et al, Rilevamento quantistico di diamanti ad ampio campo con sensori di visione neuromorfici, Scienza avanzata (2023). DOI:10.1002/advs.202304355
Informazioni sul giornale: Scienza avanzata
Fornito dall'Università di Hong Kong
