11. veebruaril Hubei Optics Valley laboris oli bioloogiliste proovide kiirgamine nõrk laserkiir, mis sisaldas vaid mõnda footonit. Teadlased vahtisid ekraanil arvutustulemusi: "Kujutise eraldusvõime on jõudnud miljonite piksliteni.
Iga päev kasutatud mobiiltelefonide kaamerate piksleid on tavaliselt kümnetes miljonites ehk isegi üle 100 miljoni ja võivad elus selgeid fotosid teha.
Kuid mõnes spetsiaalses stseenis, näiteks süvamerel, kõrgel kõrgusel või meditsiinilistel testimisel, on valgusignaal nõrk ja ruumiline eraldusvõime on vähe, seega on piltide jäädvustamiseks vaja ühe footoni detektoreid.
Footonid on valguse põhiühik. Valgus, mida me igapäevaelus näeme, koosneb tegelikult lugematutest footonitest. Üksikfootonidetektorid, nagu nimigi ütleb, on ülikõrgete tundlikkuse detektorid, mis suudavad tuvastada üksikuid footoneid. Neil on olulised rakendused kvantside, astronoomia, biomeditsiinilise pildistamise ja muude väljade alal.
"Üksikfotonidetektorid on nagu pimedas silmad, mis võivad jäädvustada nõrgad valgusignaalid." Ühe-footonidetektorid piiravad nende füüsilist struktuuri ja pikslite arv võib tavaliselt jõuda vaid tuhandeteni, mis piirab nende kasutamist suure eraldusvõimega pildistamises ja muudes aspektides, "ütles Hubei optilise Vallley labori teadlane dr Ding YI.
Näiteks astronoomilistes vaatlustes raskendab väiksemat arvu piksleid areeruvate ja kaugemate taevakehade üksikasjade jäädvustamise keeruliseks; Biomeditsiinilise mikroskoopilise pildistamise korral on võimatu täita ka kvantitaseme fluorestsentsi nähtuste kõrge eraldusvõimega registreerimise nõudeid.
Sellest probleemist ülesaamiseks on dr Ding Yi meeskond pööranud nende tähelepanu arvutusliku pildistamise valdkonnale. Arvutuslik pildistamine erineb traditsioonilisest pilditehnoloogiast. See võib optilise modulatsiooni ja signaali töötlemise kaudu läbi murda fotodetektorite piirangud pildistamise eraldusvõime, kujutise kaadrisageduse jms.
"Me ei nõua enam, et iga piksl peab vastama füüsilisele detektorile, vaid laske ühel detektoril mängida erinevatel aegadel erinevaid rolle ja lõpuks taastada sadade tuhandete või isegi miljonite pikslite kõrgresolutsiooniga kujutised valguste ja rekonstrueerimisalgoritmide kodeerimise kaudu." Ding Yi ütles, et meeskonna tehnoloogia on jõudnud rahvusvahelisele tasemele.
Lisaks kasutati analoogsignaalide väljastamiseks ühe footoni detektoreid. Uuringute kaudu lõpetas laborimeeskond kiibitasandil ühe footoni detektorite digitaalse lugemise. Ühefotoonide signaalide saamiseks saab footonite loendamise seadmeid välja jätta, muutes pildi- ja tuvastussüsteemi miniaturiseeritud ja integreeritumaks ning suudab silmitsi seista rohkem rakendusstsenaariumidega.
Tulemuste taga on lugematu arv päevi ja teadusliku uurimisrühma pühendumist. Kuna projekt käivitati 2023. aasta lõpus, on laboris olevad tuled sageli koidikuni, et edusamme järele jõuda. Eksperimentaalse optilise tee ja arvutusmeetodite tõhususe kontrollimiseks viis meeskond läbi palju katseid ja kogunes massiivseid andmeid.
"Iga päev tunnen, et aega pole piisavalt, nii et tahan minna kiiremini ja kiiremini, et rohkem tipptasemel seadmeid realiseerida kodumaist asendamist." Ding Yi ütles, et uurimisrühm teeb praegu koostööd meditsiiniseadmetega, kaugseire tuvastamise ja muude valdkondadega ning meditsiinivaldkonna esimene inseneriprototüüp on väljatöötamisel.
Praegu töötab uurimisrühm ka mitmeid tehnilisi probleeme, näiteks sildivaba nanoosakeste jälgimine ja aja domeeni tihendamise kuvamine. "Aeg ei oota kedagi ja me oleme energiat täis, et võimalikult kiiresti ületada põhitehnoloogiad." Ding Yi ütles.
