論文の概要: High-precision and low-latency widefield diamond quantum sensing with
neuromorphic vision sensors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.14099v1
- Date: Sun, 25 Jun 2023 02:37:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-27 16:50:54.707408
- Title: High-precision and low-latency widefield diamond quantum sensing with
neuromorphic vision sensors
- Title（参考訳）: ニューロモルフィック視覚センサを用いた高精度・低遅延広視野ダイヤモンド量子センシング
- Authors: Zhiyuan Du, Madhav Gupta, Feng Xu, Kai Zhang, Jiahua Zhang, Yan Zhou,
Yiyao Liu, Zhenyu Wang, Jorg Wrachtrup, Ngai Wong, Can Li, Zhiqin Chu
- Abstract要約: ニューロモルフィック視覚センサは、検出された信号を、量子センシングのための光学的に検出された磁気共鳴測定で前処理する。
市販のイベントカメラを用いた実験では、時間分解能が13倍向上した。
開発は、高精度で低遅延の広視野量子センシングのための新しい洞察を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.98109004256033
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: During the past decade, interest has grown significantly in developing
ultrasensitive widefield diamond magnetometry for various applications. Despite
attempts to improve the adoption of conventional frame-based sensors, achieving
high temporal resolution and sensitivity simultaneously remains a key
challenge. This is largely due to the transfer and processing of massive
amounts of sensor data to capture the widefield fluorescence intensity changes
of spin defects in diamonds. In this study, we adopt a neuromorphic vision
sensor to address this issue. This sensor pre-processes the detected signals in
optically detected magnetic resonance (ODMR) measurements for quantum sensing,
employing a working principle that closely resembles the operation of the human
vision system. By encoding the changes of light intensity into spikes, this
approach results in a vast dynamic range, high temporal resolution, and
exceptional signal-to-background ratio. After a thorough evaluation of
theoretical feasibility, our experiment with an off-the-shelf event camera
demonstrated a 13x improvement in temporal resolution with comparable precision
of detecting ODMR resonance frequencies compared with the state-of-the-art
highly specialized frame-based approach. A specialized camera system with the
same mechanism has the potential to enhance these benefits further. This
performance improvement is primarily attributable to orders of magnitude
smaller data volumes and, thus, reduced latency. We further showcase the
deployment of this technology in monitoring dynamically modulated laser heating
of gold nanoparticles coated on a diamond surface, a recognizably difficult
task using existing approaches. The current development provides new insights
for high-precision and low-latency widefield quantum sensing, with
possibilities for integration with emerging memory devices for more efficient
event-based data processing.
- Abstract（参考訳）: 過去10年間、様々な用途で超高感度ダイヤモンド磁気測定の開発に注目が集まってきた。
従来のフレームベースのセンサの採用を改善する試みにもかかわらず、高い時間分解能と感度を同時に達成することは重要な課題である。
これは、ダイヤモンドのスピン欠陥の広視野蛍光強度変化を捉えるために、大量のセンサーデータの転送と処理が主な原因である。
本研究では,神経型視覚センサを用いてこの問題に対処する。
このセンサは、検出された信号を、人間の視覚系の動作によく似た動作原理を用いて、量子センシングのための光検出磁気共鳴(ODMR)測定で前処理する。
光強度の変化をスパイクに符号化することにより、この手法は広いダイナミックレンジ、高時間分解能、および例外的な信号-背景比をもたらす。
理論的実現可能性の徹底的な評価の後, 市販のイベントカメラを用いた実験では, 時間分解能が13倍に向上し, ODMR共鳴周波数の検出精度は, 最先端の高度に専門化されたフレームベースアプローチと比較した。
同じ機構の特殊なカメラシステムは、これらの利点をさらに強化する可能性がある。
このパフォーマンス改善は、主にデータボリュームが桁違いに小さいことに起因するため、レイテンシが低下する。
さらに, ダイヤモンド表面に被覆した金ナノ粒子の動的変調レーザー加熱のモニタリングにおいて, 既存の手法では認識が難しい課題である。
現在の開発は、より効率的なイベントベースのデータ処理のために、新興メモリデバイスと統合可能な、高精度で低レイテンシなワイドフィールド量子センシングのための新しい洞察を提供する。
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