Inseparabilitatea fotonilor deschide calea către microscopia cuantică

Oamenii de știință prezintă un nou concept numit microscopia cuantică prin coincidență (QMC), care este cheia îmbunătățirii rezoluției, vitezei și raportului contrast-zgomot.

O stare de bifoton este o stare cuantică care reprezintă doi fotoni inseparabili. Asta înseamnă că starea unuia depinde de starea celuilalt, indiferent cât de departe ar fi unul de celălalt.

• Alessandro Volta, inventatorul bateriei electrice
• Oamenii de știință vor să construiască „Zidul Morții” pe Lună

Bifotonii au fost folosiți la scară largă pentru diferite tehnici de imagistică cuantică, cum ar fi holografia cuantică. Cu toate acestea, metoda are mai multe probleme, inclusiv viteze și rezoluții spațiale mici, care i-au împiedicat progresul.

Acum, un grup de oameni de știință de la Caltech a dezvoltat microscopia cuantică capabilă să vadă comportamentul cuantic la o rezoluție de două ori mai mare.

Studiul, publicat în Nature Communications, a fost condus de Lihong V. Wang, de la Caltech, și poate revoluționa domeniul imagisticii cuantice.

Ce este microscopia cuantică?

Echipa prezintă un nou concept numit microscopie cuantică prin coincidență (QMC), care este cheia îmbunătățirii rezoluției, vitezei și raportului contrast-zgomot.

Un microscop funcționează prin mărirea obiectelor care sunt prea mici pentru a fi vizibile cu ochiul liber. Cu toate acestea, există o problemă. Microscoapele funcționează numai atunci când dimensiunea minimă a obiectului este de jumătate din lungimea de undă a luminii utilizate de microscop. Pentru a observa obiecte mai mici, un microscop trebuie să folosească o lumină cu o lungime de undă mai scurtă, cum ar fi lumina ultravioletă.

Însă utilizarea unor lungimi de undă mai scurte de lumină poate arde sau deteriora celulele vii care trebuie observate cu ajutorul unui microscop. QMC rezolvă această problemă, scrie Interesting Engineering.

QMC folosește bifotoni (doi fotoni) care au impulsul de două ori mai mare decât un singur foton. Impulsul este invers proporțional cu lungimea de undă. Prin urmare, un bifoton are jumătate din lungimea de undă a unui foton individual, oferind o rezoluție de două ori mai mare.

Cum funcționează noul microscop?

Configurația constă într-un laser care produce bifotonul. Cei doi fotoni sunt împărțiți astfel încât un foton trece prin obiectul observat, iar celălalt urmează o cale paralelă evitând în întregime obiectul. La sfârșitul traseului, fotonii ajung la detectorul unde este construită imaginea.

Pentru a demonstra capacitățile configurației lor, echipa a folosit-o pentru a produce imagini ale celulelor canceroase. Microscopul cuantic a reușit să facă distincția dintre structurile celulare, în timp ce un microscop clasic nu a putut face acest lucru. În plus, metoda nu a distrus celulele, ceea ce este o altă realizare importantă a studiului.

Această cercetare ar putea avea implicații uriașe pentru domeniul imagisticii medicale, unde celulele trebuie observate la nivel microscopic și este necesară o rezoluție mai mare pentru identificarea problemelor.

Cercetările viitoare s-ar putea concentra pe utilizarea mai multor fotoni pentru a crește și mai mult rezoluția, minimizând în același timp zgomotul care apare din interacțiunea fotonilor cu mediul.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost descoperit primul nou izotop greu al uraniului din ultimele decenii

Cercetătorii au creat bateria comestibilă și reîncărcabilă

Un material ultra-subțire pentru dublarea eficienței celulelor solare

Oamenii de știință au creat un nou tip de cristal „fotonic” al timpului