Bredfelt diamant kvanteregistrering med neuromorfe synssensorer

Et samarbejdsprojekt har gjort et gennembrud med at forbedre hastigheden og opløsningen af ​​widefield-kvantesansning, hvilket har ført til nye muligheder inden for videnskabelig forskning og praktiske anvendelser.

Ved at samarbejde med forskere fra Kina og Tyskland har holdet med succes udviklet en kvantesensorteknologi ved hjælp af en neuromorf synssensor, som er designet til at efterligne det menneskelige synssystem. Denne sensor er i stand til at indkode ændringer i fluorescensintensitet til spidser under optisk detekteret magnetisk resonans (ODMR) målinger.

Den vigtigste fordel ved denne tilgang er, at den resulterer i meget komprimerede datamængder og reduceret latenstid, hvilket gør systemet mere effektivt end traditionelle metoder. Dette gennembrud inden for kvanteregistrering rummer potentiale for forskellige anvendelser inden for områder som overvågning af dynamiske processer i biologiske systemer.

Forskningspapiret er blevet publiceret i tidsskriftet Advanced Science , med titlen "Widefield diamant kvantesansing med neuromorfe synssensorer." Projektet blev ledet af professor Zhiqin Chu, professor Can Li og professor Ngai Wong, ved Institut for Elektro- og Elektroteknik ved University of Hong Kong (HKU)

"Forskere verden over har brugt mange kræfter på at finde måder at forbedre målenøjagtigheden og spatiotemporal opløsning af kamerasensorer. Men en grundlæggende udfordring står tilbage:håndtering af den enorme mængde data i form af billedrammer, der skal overføres fra kamerasensorerne til videre behandling.

"Denne dataoverførsel kan betydeligt begrænse den tidsmæssige opløsning, som typisk ikke er mere end 100 fps på grund af brugen af ​​rammebaserede billedsensorer. Det, vi gjorde, var at forsøge at overvinde flaskehalsen," sagde Zhiyuan Du, den første forfatter til papir og ph.d. kandidat ved Institut for Elektro- og Elektronik

Du sagde, at hans professors fokus på kvanteregistrering havde inspireret ham og andre teammedlemmer til at bryde ny vej i området. Han er også drevet af en passion for at integrere sansning og databehandling.

"Den seneste udvikling giver ny indsigt i bredfelt kvanteregistrering med høj præcision og lav latens, med muligheder for integration med nye hukommelsesenheder for at realisere mere intelligente kvantesensorer," tilføjede han.

Holdets eksperiment med et hændelseskamera, der er tilgængeligt på hylden, viste en forbedring på 13 gange i tidsmæssig opløsning, med sammenlignelig præcision i detektering af ODMR-resonansfrekvenser med den avancerede højt specialiserede frame-baserede tilgang. Den nye teknologi blev med succes implementeret til overvågning af dynamisk moduleret laseropvarmning af guldnanopartikler coatet på en diamantoverflade. "Det ville være svært at udføre den samme opgave ved at bruge eksisterende tilgange," sagde Du.

I modsætning til traditionelle sensorer, der registrerer lysintensitetsniveauerne, behandler neuromorfe synssensorer lysintensitetsændringen til "spidser" svarende til biologiske synssystemer, hvilket fører til forbedret tidsmæssig opløsning (≈µs) og dynamisk område (>120 dB). Denne tilgang er særlig effektiv i scenarier, hvor billedændringer er sjældne, såsom objektsporing og autonome køretøjer, da den eliminerer overflødige statiske baggrundssignaler.

"Vi forventer, at vores succesfulde demonstration af den foreslåede metode vil revolutionere bredfelts kvanteregistrering og forbedre ydeevnen betydeligt til en overkommelig pris," sagde professor Zhiqin Chu.

"Dette bringer også tættere på realiseringen af ​​nærsensorbehandling med nye hukommelsesbaserede elektroniske synapsenheder," sagde professor Can Li.

"Teknologiens potentiale for industriel brug bør udforskes yderligere, såsom at studere dynamiske ændringer i strømme i materialer og identificere defekter i mikrochips," sagde professor Ngai Wong.

Flere oplysninger: Zhiyuan Du et al., Widefield Diamond Quantum Sensing with Neuromorphic Vision Sensors, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202304355

Journaloplysninger: Avanceret videnskab

Leveret af University of Hong Kong