香港 -Media OutReach Newswire- 2024年2月21日 - 由香港大學(xué)（港大） 電機(jī)電子工程系褚智勤教授、李璨教授和黃毅教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，與國內(nèi)和德國的科學(xué)家合作的量子傳感技術(shù)研究項目，在提高寬場量子傳感的速度及分辨率取得突破進(jìn)展。

（左起）黃毅教授、李璨教授、褚智勤教授和杜志遠(yuǎn) 圖片來源：香港大學(xué)

       研究團(tuán)隊模仿人類視覺系統(tǒng)，設(shè)計出嶄新的神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器，傳感器能在光學(xué)檢測磁共振（optically detected magnetic resonance， ODMR）測量過程中，將熒光強(qiáng)度的變化編碼為脈沖，從而高度壓縮數(shù)據(jù)量并減少延遲。

       新型量子傳感系統(tǒng)比傳統(tǒng)方法更有效率，具潛力應(yīng)用於監(jiān)測生物系統(tǒng)中的動態(tài)過程和其他領(lǐng)域。研究論文已於期刊《Advanced Science》發(fā)表，標(biāo)題為 "Widefield Diamond Quantum Sensing with Neuromorphic Vision Sensors"。

       "全球研究人員一直致力探索如何改進(jìn)量子傳感的測量準(zhǔn)確度和時空分辨率。 現(xiàn)時的圖像傳感器以圖像幀的形式把傳感的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶筇幚矶俗鬟M(jìn)一步分析，一般傳輸速度每秒不超過100 幀，顯著局限了傳感的時間分辨率。 而處理以圖像幀形式呈現(xiàn)的大量數(shù)據(jù)，一直是開發(fā)新型傳感系統(tǒng)的一個重大挑戰(zhàn)。 我們的研究便是要突破這一瓶頸。" 論文的作者及電機(jī)電子工程系在讀博士生杜志遠(yuǎn)說。

       傳統(tǒng)傳感器記錄光的強(qiáng)度，神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器將光強(qiáng)度變化進(jìn)一步處理成類似生物視覺系統(tǒng)的"脈沖"，從而大幅提高時間分辨率（至約微秒級）和感測的動態(tài)范圍（>120 dB）。 利用新技術(shù)可捕捉更精細(xì)或快速的信號變化，應(yīng)用于快速變化的動態(tài)測量，可測量的光強(qiáng)變化范圍更寬廣。 同時，新方法可消除多余的靜態(tài)背景信號，例如對目標(biāo)跟蹤和自動駕駛車輛等圖像變化不頻繁的場景，尤其有效。

       團(tuán)隊用現(xiàn)成的事件相機(jī)進(jìn)行實證（off-the-shelf event camera），應(yīng)用新傳感技術(shù)測量ODMR共振頻率。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與目前基于幀的先進(jìn)技術(shù)相比新，傳感技術(shù)不單精準(zhǔn)度相約，時間分辨率更提高13倍。

       事件相機(jī)使用事件傳感器在場景中發(fā)生明顯變化時才產(chǎn)生輸出，有別于傳統(tǒng)相機(jī)按固定的時間間隔連續(xù)采集圖像幀。

團(tuán)隊把金納米顆粒涂在金剛石表面，然后以激光改變金剛石表面的溫度進(jìn)行探測。 "我們利用新技術(shù)，成功監(jiān)測金剛石金納米顆粒表面的溫度變化。 這是現(xiàn)有方法所難達(dá)至的。 "杜說道。

       杜志遠(yuǎn)受到導(dǎo)師在量子傳感的研究啟發(fā)，加上自己的研究興趣是結(jié)合傳感和計算技術(shù)以實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)處理和分析，促使他和團(tuán)隊其他成員在量子傳感領(lǐng)域研究聚焦，開拓新局面。

       "我們研究為開發(fā)高精度、低延遲的寬場量子傳感提供了嶄新思路。 新技術(shù)與新興的內(nèi)存件集成，未來有機(jī)會實現(xiàn)更高智能的量子傳感器。" 他補(bǔ)充說。

       "我們的新方法將為寬場量子傳感器帶來巨大的變革，在可接受的成本范圍下，大幅提升傳感器的性能表現(xiàn)。" 褚智勤教授說。

       "這也使得利用新型的基于記憶的電子突觸器件實現(xiàn)近傳感器的處理功能，更加接近現(xiàn)實。" 李璨教授說。

       "這項技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)上的潛力需進(jìn)一步探索，比如用于研究材料中電流的動態(tài)變化以及識別微芯片中的缺陷。" 黃毅教授說。