[ca] Aquesta tesi doctoral presenta una recerca en imatges i detecció òptica, explorant conceptes innovadors i diverses aplicacions. Els esquemes experimentals proposats aquí es basen en la simulació d'aspectes específics de conceptes quàntics utilitzant òptica clàssica. L'últim esquema pren la direcció contrària. Emprant tècniques quàntiques, desenvolupa la versió quàntica d'un microscopi de Contrast d'Interferència Diferencial (DIC). La tesi es divideix en diversos capítols, cadascun abordant aspectes diferents d'un esquema experimental i les seves possibles aplicacions. El primer esquema presenta una demostració de prova de concepte d'una porta òptica que utilitza feixos de llum amb moment angular orbital. Inspirada en el protocol quantum fingerprinting, aquesta porta permet la comparació eficient de cadenes de dades sense necessitat de revelar la senyal. La porta es posa a prova comparant cadenes de bits, quarts i diferents fronts d'ona. El segon esquema presenta un protocol per avaluar la presència d'una forma espacial particular (o front d'ona) en una base de dades, mitjançant l'avaluació del grau de similitud entre la forma espacial desconeguda i tots els elements continguts a la base de dades. El protocol es posa a prova comparant la forma d'un disc retallat en una base de dades. El protocol s'estén al domini temporal, on les formes estan codificades en l'amplitud dels camps elèctrics. El tercer esquema és un enfocament innovador per realitzar Tomografia Coherent Òptica (OCT) amb un escaneig totalment no mecànic. Aprofitant els principis de la OCT de domini espectral i integrant un Modulador Espacial de Llum (SLM) en la configuració, s'aconsegueix un escaneig no mecànic del feix òptic d'il·luminació. Aquesta innovació elimina la necessitat d'escanejos transversals utilitzant plataformes mecàniques, la qual cosa podria impulsar l'augment de la grandària, pes i consum d'energia (SWaP, per les seves sigles en anglès) de futurs productes comercials. L'últim esquema és una versió quàntica del microscopi de Contrast d'Interferència Diferencial (DIC), aprofitant el notable efecte Hong-Ou-Mandel (HOM) per recuperar gradients de fase induïts per canvis en el gruix òptic. En aquest cas, s'aplica el coneixement de l'òptica quàntica a una tècnica de microscòpia. El treball presentat en aquesta tesi contribueix a la idea d'utilitzar protocols del món quàntic que podrien ser imitats en aplicacions clàssiques.

[en] This Ph.D. thesis presents research in imaging and optical sensing, exploring novel concepts, and diverse applications. The experimental schemes put forward here are based on simulating specific aspects of quantum concepts using classical Optics. The last scheme takes the opposite direction. Employing quantum techniques, it develops the quantum version of a Differential Interference Contrast (DIC) microscope. The thesis is divided into several chapters, each addressing distinct aspects of an experimental scheme and its potential applications. item The first scheme introduces a proof-of-concept demonstration of an optical gate that uses light beam with orbital angular momentum. Inspired by the quantum fingerprinting protocol, this gate enables the efficient comparison of data strings and waveforms without the need for signal disclosure. The gate is tested comparing string of bits, strings of quarts and different waveforms. The second scheme presents a protocol to assess the presence of a particular spatial shape (or waveform) in a database, by evaluating the degree of similarity between the unknown spatial shape with all the elements contained in the database. The protocol is tested by comparing the shape of a trimmed disk in a database. The protocol is extended to the temporal domain, where the shapes are encoded in the amplitude of the electric fields. The third scheme is a novel approach to do Optical Coherence Tomography (OCT) with a fully non-mechanical scan. By leveraging the principles of spectral domain OCT and integrating a spatial light modulator (SLM) into the setup, non-mechanical steering of the illumination optical beam is achieved. This innovation eliminates the necessity of transverse scans using mechanical platforms potentially boosting the enhancement of the size, weight, and power (SWaP) of future commercial products. The last scheme is a quantum version of the Differential Interference Contrast (DIC) microscope, harnessing the remarkable Hong-Ou-Mandel (HOM) effect to retrieve phase gradients induced by varying optical thickness. In this case, the knowledge of quantum optics is applied to a microscope technique. The work presented in this thesis contributes to the idea of using protocols from the quantum world that could be mimicked in classical applications.