Ett samarbetsprojekt har gjort ett genombrott när det gäller att förbättra hastigheten och upplösningen av kvantavkänning med bred fält, vilket leder till nya möjligheter inom vetenskaplig forskning och praktiska tillämpningar.
Genom att samarbeta med forskare från Kina och Tyskland har teamet framgångsrikt utvecklat en kvantavkänningsteknologi med hjälp av en neuromorf synsensor, som är designad för att efterlikna det mänskliga synsystemet. Den här sensorn kan koda förändringar i fluorescensintensitet till spikar under optiskt detekterade magnetiska resonansmätningar (ODMR).
Den viktigaste fördelen med detta tillvägagångssätt är att det resulterar i mycket komprimerade datavolymer och minskad latens, vilket gör systemet mer effektivt än traditionella metoder. Detta genombrott inom kvantavkänning har potential för olika tillämpningar inom områden som övervakning av dynamiska processer i biologiska system.
Forskningsartikeln har publicerats i tidskriften Advanced Science , med titeln "Vidfältsdiamantkvantavkänning med neuromorfa synsensorer." Projektet leddes av professor Zhiqin Chu, professor Can Li och professor Ngai Wong, vid institutionen för elektro- och elektronikteknik vid University of Hong Kong (HKU)
"Forskare över hela världen har lagt ner mycket arbete på att undersöka sätt att förbättra mätnoggrannheten och spatiotemporal upplösning för kamerasensorer. Men en grundläggande utmaning kvarstår:hantera den enorma mängden data i form av bildramar som behöver överföras från kamerasensorerna för vidare bearbetning.
"Denna dataöverföring kan avsevärt begränsa den tidsmässiga upplösningen, som vanligtvis inte är mer än 100 fps på grund av användningen av rambaserade bildsensorer. Det vi gjorde var att försöka övervinna flaskhalsen", säger Zhiyuan Du, den första författaren till papper och Ph.D. kandidat vid institutionen för elektro- och elektronikteknik
Du sa att hans professors fokus på kvantavkänning hade inspirerat honom och andra teammedlemmar att bryta ny mark i området. Han drivs också av en passion för att integrera avkänning och datoranvändning.
"Den senaste utvecklingen ger nya insikter för bredfältskvantumavkänning med hög precision och låg latens, med möjligheter för integration med nya minnesenheter för att realisera mer intelligenta kvantsensorer," tillade han.
Teamets experiment med en färdig händelsekamera visade en 13 gångers förbättring av temporal upplösning, med jämförbar precision för att detektera ODMR-resonansfrekvenser med det toppmoderna högspecialiserade rambaserade tillvägagångssättet. Den nya tekniken användes framgångsrikt för att övervaka dynamiskt modulerad laseruppvärmning av guldnanopartiklar belagda på en diamantyta. "Det skulle vara svårt att utföra samma uppgift med befintliga metoder," sa Du.
Till skillnad från traditionella sensorer som registrerar ljusintensitetsnivåerna, bearbetar neuromorfa synsensorer ljusintensitetsförändringen till "spikar" som liknar biologiska synsystem, vilket leder till förbättrad tidsupplösning (≈µs) och dynamiskt omfång (>120 dB). Detta tillvägagångssätt är särskilt effektivt i scenarier där bildändringar är sällsynta, såsom objektspårning och autonoma fordon, eftersom det eliminerar redundanta statiska bakgrundssignaler.
"Vi förväntar oss att vår framgångsrika demonstration av den föreslagna metoden kommer att revolutionera bredfältskvantumavkänning och avsevärt förbättra prestandan till en överkomlig kostnad", säger professor Zhiqin Chu.
"Detta för också närmare förverkligandet av nära-sensorbehandling med framväxande minnesbaserade elektroniska synapsenheter", säger professor Can Li.
"Teknikens potential för industriell användning bör undersökas ytterligare, som att studera dynamiska förändringar i strömmar i material och identifiera defekter i mikrochips", säger professor Ngai Wong.
Mer information: Zhiyuan Du et al, Widefield Diamond Quantum Sensing with Neuromorphic Vision Sensors, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202304355
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av University of Hong Kong
