論文の概要: Towards quantum 3D imaging devices: the Qu3D project

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.07826v1
• Date: Tue, 15 Jun 2021 01:14:51 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-26 15:39:51.633033
• Title: Towards quantum 3D imaging devices: the Qu3D project
• Title（参考訳）: 量子3dイメージングデバイスに向けて: qu3dプロジェクト
• Authors: Cristoforo Abbattista, Leonardo Amoruso, Samuel Burri, Edoardo Charbon, Francesco Di Lena, Augusto Garuccio, Davide Giannella, Zdenek Hradil, Michele Iacobellis, Gianlorenzo Massaro, Paul Mos, Libor Motka, Martin Paur, Francesco V. Pepe, Michal Peterek, Isabella Petrelli, Jaroslav Rehacek, Francesca Santoro, Francesco Scattarella, Arin Ulku, Sergii Vasiukov, Michael Wayne, Milena D'Angelo, Claudio Bruschini, Maria Ieronymaki, Bohumil Stoklasa
• Abstract要約: 量子望遠カメラは、運動量配置の絡み合いと光子数相関を利用して、光学素子の典型的な再焦点化と超高速で走査不要な3Dイメージング機能を提供する。 しかし、提案されたデバイスの量子的利点がエンドユーザに効果的で魅力的であるためには、2つの大きな課題に取り組む必要がある。 3D画像の検索や2D画像の再焦点を行うために、この膨大な量のデータを抽出するには、高性能で時間を要する計算が必要である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6602265103893045
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We review the advancement of the research toward the design and implementation of quantum plenoptic cameras, radically novel 3D imaging devices that exploit both momentum-position entanglement and photon-number correlations to provide the typical refocusing and ultra-fast, scanning-free, 3D imaging capability of plenoptic devices, along with dramatically enhanced performances, unattainable in standard plenoptic cameras: diffraction-limited resolution, large depth of focus, and ultra-low noise. To further increase the volumetric resolution beyond the Rayleigh diffraction limit, and achieve the quantum limit, we are also developing dedicated protocols based on quantum Fisher information. However, for the quantum advantages of the proposed devices to be effective and appealing to end-users, two main challenges need to be tackled. First, due to the large number of frames required for correlation measurements to provide an acceptable SNR, quantum plenoptic imaging would require, if implemented with commercially available high-resolution cameras, acquisition times ranging from tens of seconds to a few minutes. Second, the elaboration of this large amount of data, in order to retrieve 3D images or refocusing 2D images, requires high-performance and time-consuming computation. To address these challenges, we are developing high-resolution SPAD arrays and high-performance low-level programming of ultra-fast electronics, combined with compressive sensing and quantum tomography algorithms, with the aim to reduce both the acquisition and the elaboration time by two orders of magnitude. Routes toward exploitation of the QPI devices will also be discussed.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 量子レンズカメラの設計と実装に向けた研究の進展を概観し, 光子数相関とモーメント位置の絡み合いを利用した新しい3Dイメージング装置を概観し, 光学素子の典型的な再焦点化と超高速・走査不要・3Dイメージング機能, 標準のレンズカメラでは実現不可能な性能, 回折限界分解能, 焦点深度, 超低ノイズの3Dイメージング機能について述べる。 レイリー回折限界を超える体積分解能をさらに高め、量子限界を達成するために、量子フィッシャー情報に基づく専用プロトコルも開発中である。 しかし、提案するデバイスの量子的な利点が効果的でエンドユーザにアピールするためには、2つの大きな課題に取り組む必要がある。 第一に、相関測定に必要な大量のフレームが許容されるSNRを提供するために必要となるため、商用の高解像度カメラで実装された場合、取得時間は数十秒から数分である。 第二に、3D画像の検索や2D画像の再焦点化のためには、高パフォーマンスで時間を要する計算が必要となる。 これらの課題に対処するため,我々は,超高速電子回路の高分解能spadアレイと高性能低レベルプログラムを開発し,圧縮センシングと量子トモグラフィアルゴリズムを組み合わせることで,取得時間と精巧化時間の両方を2桁削減することを目的としている。 また、qpi機器の活用に向けた経路についても検討する。

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