Wetenschappers uit Australië en Duitsland hebben een kwantummicroscoop gemaakt die voorheen onzichtbare celstructuren kan zien. Volgens de auteurs opent dit de weg voor het creëren van nieuwe biotechnologieën en praktische toepassingen – van navigatie tot medische beeldvorming.
De productiviteit van lichtmicroscopen wordt beperkt door het niveau van willekeurige ruis die wordt gecreëerd door elementaire lichtdeeltjes - kwanta van elektromagnetische straling of fotonen. De discretie van fotonen bepaalt de gevoeligheid, resolutie en snelheid van optische apparaten. Om deze parameters te optimaliseren, gaan ontwikkelaars meestal door de intensiteit van het licht te verhogen en de gebruikelijke bronnen te vervangen door laserbronnen. Maar het gebruik van lasermicroscopen is niet altijd mogelijk bij het bestuderen van biologische systemen, omdat heldere lasers een levende cel kunnen vernietigen.
Onderzoekers van de Universiteit van Queensland hebben gesuggereerd dat biologische beeldvorming kan worden verbeterd zonder de intensiteit van het licht te verhogen, met behulp van kwantumfotoncorrelaties. Samen met Duitse collega's hebben ze experimenteel bewezen dat het met behulp van kwantumcorrelaties mogelijk is om zonder fotodestructie een 35% hogere signaal-ruisverhouding te verkrijgen dan met conventionele microscopie. De snelheid van beeldverwerking is met deze technologie veel hoger.
Aanbeveling van de redactie: Over kwantumcomputers in eenvoudige woorden
De auteurs creëerden een apparaat dat een coherente microscoop is met subgolflengteresolutie en helder kwantumgecorreleerd licht, waarmee moleculaire bindingen in de cel kunnen worden gevisualiseerd.
De microscoop is gebaseerd op de wetenschap van kwantumverstrengeling, een effect dat Einstein omschreef enge interacties op afstand. Het is 's werelds eerste op verstrengeling gebaseerde sensor met prestaties die de beste bestaande technologieën overtreffen. Volgens experts zal deze doorbraak leiden tot de opkomst van verschillende soorten nieuwe technologieën - van de nieuwste navigatiesystemen tot geavanceerdere MRI-machines.
Verstrengeling wordt beschouwd als de kern van de kwantumrevolutie. Nieuwe sensoren die dit principe gebruiken, kunnen bestaande niet-kwantumtechnologieën vervangen. De beste microscopen ter wereld gebruiken heldere lasers die miljarden keren helderder zijn dan de zon. Fragiele biologische systemen zoals de menselijke cel kunnen hun licht maar heel kort weerstaan, en dat is een serieus obstakel. Quantumverstrengeling in de nieuwe microscoop zorgt voor een 35% verbeterde resolutie zonder de cel te vernietigen, waardoor de kleinste biologische structuren zichtbaar worden die anders onzichtbaar zouden zijn.
De auteurs beschouwen het belangrijkste succes van de nieuwe methode als het overwinnen van de zogenaamde "harde barrière" van traditionele lichtmicroscopie, die niet in een levende cel kan doordringen.
Lees ook:
het is duidelijk dat de tekst is gemaakt door onze authentieke Oekraïense journalisten