Algoritmo mescla informações quânticas e clássicas para melhorar imagens

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/04/2023

(A) e (D) usam apenas informações clássicas; (B) e (E) combinam informações clássicas e quânticas.
[Imagem: Randy A. Bartels et al. - 10.34133/icomputing.0003]

Informações clássicas e quânticas

Recentemente, as propriedades quânticas da luz foram exploradas para criar microscópios com resoluções nunca vistas.

A holografia quântica também tem feito seus progressos, mas nem sempre é fácil lidar com as propriedades quânticas da luz, sobretudo quando se tem vista aplicações práticas diretas.

Para lidar com essas dificuldades, Randy Bartels e colegas da Universidade do Estado do Colorado, nos EUA, criaram agora uma nova estratégia de imageamento computacional que tira proveito do melhor dos dois mundos: do clássico, mais fácil de lidar, e do quântico, com informações mais detalhadas.

A abordagem é baseada em funções de correlações clássicas e quânticas obtidas a partir da contagens de fótons, que são coletadas de emissores de luz estruturada espaço-temporalmente - por isso chamados de emissores quânticos. As contagens de fótons são processadas e convertidas em sinais de ordem crescente, com isso contendo informações de frequência espacial crescente.

A informação de maior resolução espacial, no entanto, sofre de uma relação sinal-ruído reduzida em ordens de correlação cada vez maiores. Para resolver esse problema, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo que eles chamam de "imageamento de super deconvolução" - a deconvolução é uma técnica usada desde a captura das primeiras imagens do telescópio espacial Hubble.

Esquema de coleta das informações clássicas e quânticas.
[Imagem: Randy A. Bartels et al. - 10.34133/icomputing.0003]

Fusão das informações clássicas com as quânticas

O objetivo deste algoritmo é fundir a informação clássica, que contribui com uma alta relação sinal-ruído mas com baixa frequência espacial, com a informação quântica, que contribui com uma baixa relação sinal-ruído, mas com uma alta frequência espacial.

Para isso, os pesquisadores combinaram imagens de correlação antiagrupamento obtidas de emissores quânticos únicos com imagens clássicas derivadas dos mesmos dados de contagem de fótons - o antiagrupamento é um recurso exclusivo dos emissores quânticos, que emitem fótons únicos e que podem ser utilizados para imagens de super-resolução.

O algoritmo de imagem de super deconvolução resultou em um conteúdo de frequência espacial notavelmente melhor, além de uma operação mais rápida e uma resolução mais alta, juntamente com erros quadráticos médios muito melhores nas imagens reconstruídas.

Os pesquisadores acreditam que seu algoritmo terá uso generalizado porque ele é adequado para uma variedade de diferentes contextos de imagem, dos microscópios e imagens médicas até os telescópios.

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