Un proyecto colaborativo ha logrado un gran avance en la mejora de la velocidad y la resolución de la detección cuántica de campo amplio, lo que genera nuevas oportunidades en la investigación científica y aplicaciones prácticas.
Al colaborar con científicos de China continental y Alemania, el equipo ha desarrollado con éxito una tecnología de detección cuántica utilizando un sensor de visión neuromórfico, diseñado para imitar el sistema de visión humano. Este sensor es capaz de codificar cambios en la intensidad de la fluorescencia en picos durante mediciones de resonancia magnética detectadas ópticamente (ODMR).
La ventaja clave de este enfoque es que da como resultado volúmenes de datos altamente comprimidos y una latencia reducida, lo que hace que el sistema sea más eficiente que los métodos tradicionales. Este avance en la detección cuántica tiene potencial para diversas aplicaciones en campos como el monitoreo de procesos dinámicos en sistemas biológicos.
El artículo de investigación ha sido publicado en la revista Advanced Science. , titulado "Detección cuántica de diamantes de campo amplio con sensores de visión neuromórficos". El proyecto fue dirigido por el profesor Zhiqin Chu, el profesor Can Li y el profesor Ngai Wong, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Hong Kong (HKU)
"Los investigadores de todo el mundo han dedicado muchos esfuerzos a buscar formas de mejorar la precisión de las mediciones y la resolución espaciotemporal de los sensores de las cámaras. Pero aún queda un desafío fundamental:manejar la enorme cantidad de datos en forma de cuadros de imágenes que deben transferirse desde los sensores de las cámaras para procesamiento posterior.
"Esta transferencia de datos puede limitar significativamente la resolución temporal, que normalmente no supera los 100 fps debido al uso de sensores de imagen basados en fotogramas. Lo que hicimos fue tratar de superar el cuello de botella", dijo Zhiyuan Du, primer autor del estudio. artículo y doctorado. candidato en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Du dijo que el enfoque de su profesor en la detección cuántica lo había inspirado a él y a otros miembros del equipo a abrir nuevos caminos en el área. También lo impulsa la pasión por integrar la detección y la informática.
"El último desarrollo proporciona nuevos conocimientos para la detección cuántica de campo amplio de alta precisión y baja latencia, con posibilidades de integración con dispositivos de memoria emergentes para realizar sensores cuánticos más inteligentes", añadió.
El experimento del equipo con una cámara de eventos disponible en el mercado demostró una mejora de 13 veces en la resolución temporal, con una precisión comparable en la detección de frecuencias de resonancia ODMR con el enfoque basado en cuadros altamente especializado de última generación. La nueva tecnología se implementó con éxito para monitorear el calentamiento por láser modulado dinámicamente de nanopartículas de oro recubiertas sobre una superficie de diamante. "Sería difícil realizar la misma tarea utilizando los enfoques existentes", afirmó Du.
A diferencia de los sensores tradicionales que registran los niveles de intensidad de la luz, los sensores de visión neuromórficos procesan el cambio de intensidad de la luz en "picos" similares a los sistemas de visión biológicos, lo que mejora la resolución temporal (≈μs) y el rango dinámico (>120 dB). Este enfoque es particularmente efectivo en escenarios donde los cambios de imagen son poco frecuentes, como el seguimiento de objetos y los vehículos autónomos, ya que elimina las señales de fondo estáticas redundantes.
"Prevemos que nuestra demostración exitosa del método propuesto revolucionará la detección cuántica de campo amplio, mejorando significativamente el rendimiento a un costo asequible", afirmó el profesor Zhiqin Chu.
"Esto también acerca la realización del procesamiento de sensores cercanos con dispositivos electrónicos de sinapsis emergentes basados en memoria", afirmó el profesor Can Li.
"El potencial de esta tecnología para uso industrial debe explorarse más a fondo, estudiando los cambios dinámicos en las corrientes de los materiales e identificando defectos en los microchips", afirmó el profesor Ngai Wong.
Más información: Zhiyuan Du et al, Detección cuántica de diamante de campo amplio con sensores de visión neuromórficos, Ciencia avanzada (2023). DOI:10.1002/adv.202304355
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por la Universidad de Hong Kong
