近日，由香港大學（港大） 電機電子工程系褚智勤教授、李璨教授和黃毅教授領導的團隊，與國內(nèi)和德國的科學家合作的量子傳感技術研究項目，在提高寬場量子傳感的速度及分辨率取得突破進展。

研究團隊模仿人類視覺系統(tǒng)，設計出嶄新的神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器，傳感器能在光學檢測磁共振（optically detected magnetic resonance， ODMR）測量過程中，將熒光強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，具潛力應用於監(jiān)測生物系統(tǒng)中的動態(tài)過程和其他領域。研究論文已於期刊《Advanced Science》發(fā)表，標題為 "Widefield Diamond Quantum Sensing with Neuromorphic Vision Sensors"。

"全球研究人員一直致力探索如何改進量子傳感的測量準確度和時空分辨率?，F(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。" 論文的作者及電機電子工程系在讀博士生杜志遠說。

傳統(tǒng)傳感器記錄光的強度，神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器將光強度變化進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）。利用新技術可捕捉更精細或快速的信號變化，應用于快速變化的動態(tài)測量，可測量的光強變化范圍更寬廣。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。

團隊用現(xiàn)成的事件相機進行實證（off-the-shelf event camera），應用新傳感技術測量ODMR共振頻率。結果發(fā)現(xiàn)，與目前基于幀的先進技術相比新，傳感技術不單精準度相約，時間分辨率更提高13倍。

事件相機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)相機按固定的時間間隔連續(xù)采集圖像幀。

團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行探測。"我們利用新技術，成功監(jiān)測金剛石金納米顆粒表面的溫度變化。這是現(xiàn)有方法所難達至的。"杜說道。

杜志遠受到導師在量子傳感的研究啟發(fā)，加上自己的研究興趣是結合傳感和計算技術以實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)處理和分析，促使他和團隊其他成員在量子傳感領域研究聚焦，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。新技術與新興的內(nèi)存件集成，未來有機會實現(xiàn)更高智能的量子傳感器。" 他補充說。

寬場量子傳感的概念、設計和實現(xiàn)

"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。

"這項技術應用在工業(yè)上的潛力需進一步探索，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。

審核編輯：黃飛

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