الگوریتم جدید اطلاعات کوانتومی و کلاسیک را برای تصویربرداری با کیفیت بالا ترکیب می کند.

13 مارس 2023 – Inset های (A) و (D) فقط از اطلاعات کلاسیک استفاده می کنند. Inset های (B) و (E) اطلاعات کلاسیک و کوانتومی را با هم ترکیب می کنند. اعتبار: آخیل رندی بارتلز و همکاران.

محققان دانشگاه ایالتی کلرادو و مدرسه معادن کلرادو استراتژی تصویربرداری محاسباتی جدیدی را ابداع کرده‌اند که از دنیای کوانتومی و کلاسیک استفاده می‌کند. آنها یک الگوریتم کارآمد و قوی ایجاد کردند که اطلاعات کوانتومی و کلاسیک را برای تصویربرداری با کیفیت بالا ترکیب می کند. نتایج تحقیقات آنها در 21 دسامبر در محاسبات هوشمند منتشر شد.

اخیراً از خواص کوانتومی نور برای فعال کردن میکروسکوپ با وضوح فوق العاده استفاده شده است. در حالی که اطلاعات کوانتومی امکانات جدیدی را به ارمغان می آورد، مجموعه ای از محدودیت های خاص خود را دارد.

رویکرد محققین مبتنی بر توابع همبستگی کلاسیک و کوانتومی است که از شمارش فوتون‌ها به دست می‌آیند، که از تابشگرهای کوانتومی روشن شده توسط روشنایی با ساختار مکانی-زمانی جمع‌آوری می‌شوند. شمارش فوتون ها پردازش شده و به سیگنال هایی با ترتیب فزاینده تبدیل می شوند که حاوی اطلاعات فرکانس فضایی فزاینده هستند. با این حال، اطلاعات وضوح فضایی بالاتر، از کاهش نسبت سیگنال به نویز در دستورات همبستگی بیشتر دچار مشکل می شود.

برای حل این مشکل، محققان الگوریتمی را توسعه دادند که آن را “تصویربرداری سوپر دکانولوشن” می نامند. هدف این الگوریتم ترکیب قوی اطلاعات کلاسیک است که نسبت سیگنال به نویز بالا اما اطلاعات فرکانس مکانی پایین را با اطلاعات کوانتومی، که نسبت سیگنال به نویز کم اما اطلاعات فرکانس مکانی بالا را به همراه دارد، کمک می‌کند.

برای دستیابی به این هدف، محققان تصاویر همبستگی ضد دسته‌بندی به‌دست‌آمده از ساطع‌کننده‌های کوانتومی منفرد را با تصاویر کلاسیک مشتق‌شده از داده‌های شمارش فوتون‌های مشابه ترکیب کردند. Anti-Bunching یکی از ویژگی های منحصر به فرد ساطع کننده های کوانتومی منفرد است که می تواند برای تصویربرداری با وضوح فوق العاده مورد استفاده قرار گیرد.

این استراتژی از همپوشانی در مناطق فرکانس فضایی پایین تر سود می برد. محققان توضیح دادند: «الگوریتم از نیاز خودسازگاری اطلاعات فرکانس فضایی اندازه‌گیری شده همپوشانی برای راه‌اندازی اطلاعات SNR پایین (سیگنال به نویز) در فرکانس‌های فضایی بالا که توسط تصاویر کوانتومی کمک می‌کند، بهره‌برداری می‌کند.

الگوریتم تصویربرداری سوپر دکانولوشن منجر به افزایش قابل ملاحظه محتوای فرکانس فضایی، سرعت بیشتر و وضوح بالاتر، همراه با میانگین مربعات خطاهای بسیار بهتر در تصاویر بازسازی شده شد. محققان بر این باورند که الگوریتم آنها کاربرد گسترده ای خواهد داشت زیرا برای طیف وسیعی از زمینه های تصویربرداری مختلف مناسب است.