Yazan: Thania Benios
Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: Esranur Maral
Kuantum atılımı, 3B görüntülemeyi geliştirmek için ışığın ilginç özelliklerini kullanır ve sürücüsüz otomobillerde, tıbbi görüntülemede ve derin alan iletişiminde gelişmiş performansın yolunu açar.
Stevens Teknoloji Enstitüsündeki araştırmacılar, sürücüsüz araçlarda daha önce görülmemiş LIDAR1 algılama ve saptamanın, uydu haritalama sistemlerinin, derin uzay iletişiminin ve insan retinasının tıbbi görüntülemesinin önünü açan, mevcut teknolojilerle elde edilenden 40.000 kat daha net görüntüler oluşturmak için ışığın kuantum özelliklerini kullanan bir 3B görüntüleme sistemi oluşturdular.
Stevens’daki Kuantum Bilim ve Mühendislik Merkezi Yöneticisi Yuping Huang tarafından yönetilen çalışma, uzaktaki hedeflere lazer gönderen ve sonrasında yansıyan ışığı saptayan LIDAR ile alakalı onlarca yıllık eski bir problemi ele alıyor. Bu sistemlerde kullanılan ışık algıçları, yalnızca birkaç fotondan (bilgi ile kodlanabilen küçük ışık parçacıkları) ayrıntılı görüntüler oluşturacak kadar hassas olsa da yansıyan lazer ışığını güneş ışınları gibi daha parlak arka plan ışıklarından ayırt etmekte zorlanıyor.
Çalışması Nature Communications‘ın 17 Şubat’taki ileri çevrim içi sayısında yayımlanan Huang, “Duyaçlarımız ne kadar hassas olursa arka plan gürültüsüne o kadar duyarlı hâle geliyorlar.” diyor ve ekliyor “Şimdi çözmeye çalıştığımız sorun bu.”
Bu teknolojinin gerçek dünyaya uygulanması ilk olarak Huang ve ekibi tarafından 2017 Nature dergisinde önerilen Kuantum Parametrik Kip Sıralama veya QPMS adı verilen bir yöntemi kullanarak tek foton gürültü azaltma ile oldu. Gürültülü görüntüleri temizlemek için yazılım tabanlı ileri işlemeye dayanan çoğu gürültü filtreleme aracının aksine QPMS, duyacın kendisinin seviyesinde üstel olarak daha temiz görüntü oluşturmak için kuantum imzalarını egzotik doğrusal olmayan optik vasıtasıyla denetler.
Arka plan gürültüsünün yoğun olduğu bir yerde belirli bir bilgi taşıyan fotonu tespit etmek, kar fırtınasından tek bir kar tanesi koparmaya çalışmak gibi olsa da Huang’ın ekibinin tam olarak başardığı budur. Huang ve meslektaşları, ayrılan bir lazer ışığının atımına belirli kuantum özelliklerini ekleyerek ve sonrasında geri gelen ışığı filtreleyerek sadece eşleşen kuantum özellikleri olan fotonların duyaç tarafından kaydedildiği bir yöntem tanımladılar.
Sonuç, hedeften dönen fotonlara karşı son derece hassas olan ancak neredeyse tüm istenmeyen gürültülü fotonları görmezden gelen bir görüntüleme sistemi. Ekibin yaklaşımı, her sinyal taşıyan foton 34 kat daha fazla gürültülü foton tarafından bastırılmış olmasına rağmen keskin 3B görüntüler sağlıyor.
Stevens doktora derecesi adayı ve çalışmanın başyazarı Patrick Rehain “Başlangıçtaki foton algılamasını temizleyerek gürültülü bir ortamda hassas 3B görüntülemenin sınırlarını zorluyoruz.” dedi. “Gürültü miktarını var olan en iyi görüntüleme teknolojilerine kıyasla yaklaşık 40.000 kat daha iyi azaltabileceğimizi gösterdik.”
Bu donanıma dayalı yaklaşım, hesaplama açısından yoğun ileri işlemenin mümkün olmadığı gürültülü ortamlarda LIDAR kullanımını kolaylaştırabilir. Teknoloji, daha da iyi sonuçlar elde etmek için yazılım tabanlı gürültü azaltma ile birleştirilebilir. Rehain, “Hesaplamalı yaklaşımlarla rekabet etmeye çalışmıyoruz -onlara çalışmak için yeni ortamlar sağlıyoruz.” dedi.
Pratikte, QPMS parazit azaltma, LIDAR’ın 30 kmye kadar aralıklarda doğru, ayrıntılı 3B görüntüler oluşturmak için kullanılmasına olanak sağlar. Ayrıca, güneşin sert parlamalarının normalde uzak lazer atımlarını bastıracağı derin uzay iletişimi için de kullanılabilir.
Belki de en heyecan verici şey, teknolojinin araştırmacılara insan vücudunun en hassas kısımlarına daha yakından bakabilme olanağı sunmasıdır. Stevens görüntüleme sistemi neredeyse gürültüsüz seviyedeki tek foton görüntülemeyi olanaklı kılarak araştırmacıların gözün hassas dokularına zarar vermeyen, görünmez derecede soluk lazer ışınları kullanarak insan retinasının net, son derece ayrıntılı görüntüleri oluşturmasına yardımcı olacaktır.
Huang, “Tek fotonlu görüntüleme alanı gelişiyor.” dedi. “Ancak gürültü azaltmada ve birden fazla teknolojiye sağlayabileceği faydalarda büyük bir adım atmamızın üzerinden uzun zaman geçti.” dedi.
[1] Lazer atımları kullanılarak bir nesne veya bir yüzeyin uzaklığını anlamaya yarayan teknoloji. (Kaynak: Vikipedi)
