Новый квантовый микроскоп, работающий за пределами фундаментальных ограничений, позволяет увидеть "невозможные" вещи

Принцип работы квантового микроскопа


Австралийские исследователи продемонстрировали работу созданного ими нового квантового микроскопа, который работает за пределами барьера фундаментальных физических ограничений и позволяет увидеть столь малые вещи, которые невозможно увидеть при помощи даже самых мощных классических оптических микроскопов. Для получения изображений с высочайшей на сегодняшний день четкостью и разрешающей способностью это новое устройство "сжимает" свет и использует некоторые из причуд таинственного квантового мира.

Квантовый микроскоп


Оптические микроскопы работают за счет освещения исследуемого образца лучами света. Но свет от обычного источника, используемого в устройствах низшего и среднего класса, имеет совершенно случайную природу, что само по себе является источником шумов и помех. Поэтому в устройствах высшего класса для освещения образца используется намного более упорядоченный свет лазера. Дальнейшего увеличения разрешающей способности оптических микроскопов добиться достаточно легко - необходимо лишь увеличить интенсивность освещения. Однако в определенный момент число фотонов, проходящих сквозь образец, становится столь велико, что это вредит образцу и вызывает в нем необратимые изменения, что особенно пагубно, если этими образцами являются живые клетки или микроорганизмы.

Описанная выше проблема как раз и является упомянутым фундаментальным барьером разрешающей способности и чувствительности микроскопов. Но недавно исследователи из университета Квинсленда, Австралия, нашли путь, позволяющий преодолеть этот барьер за счет использования некоторых причудливых законов и явлений мира квантовой механики.

В новом микроскопе используются два луча лазерного света, один из которых проходит через кристалл титанил-фосфата калия. Это приводит к созданию квантовых корреляций между парами фотонов в луче света, что, в свою очередь, при помощи таких пар позволяет получить большее количество информации об исследуемом образце, чем это возможно при помощи обычных незапутанных фотонов. И, в конечном счете, на датчике получается изображение с высокой разрешающей способностью и с большей четкостью при более слабой интенсивности освещения образца.

Снимок квантового и обычного микроскопа


"В лучших оптических микроскопах используются лазеры, яркость которых может в миллиарды раз превышать яркость Солнца" - рассказывает Уорик Боуэн (Warwick Bowen), ведущий исследователь, - "Хрупкие биологические системы могут выдерживать такое воздействие в течение очень короткого времени, которого недостаточно для получения качественного изображения. Квантовая запутанность, используемая в нашем микроскопе, позволяет увеличить четкость изображения на 35 процентов при таком уровне освещения, которое не уничтожает живые объекты. К примеру, мы можем рассматривать живые клетки в течение целой минуты и видеть при этом такие биологические структуры, которые являются невидимыми для обычных микроскопов".

Ученые проверили возможности квантового микроскопа на дрожжевых клетках, и они смогли четко и во всех подробностях рассмотреть такие вещи, как клеточную мембрану, цитозоль и органеллы. Однако, в этой перспективной технологии имеется много того, что требует дальнейших улучшений и модернизации. При значительном усложнении конструкции микроскопа выгода от использования квантовых технологий не так уж и велика, всего 35 процентов, а сам метод в целом не столь эффективен, как хотелось бы. Поэтому ученые продолжат свою работу, а их целью является увеличение эффективности и других параметров квантового микроскопа минимум на порядок их величин.




Ключевые слова:
Квантовый, Микроскоп, Лазер, Фотон, Запутанность, Снимок, Изображение, Четкость, Разрешающая, Способность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Создан новый ионно-оптический квантовый микроскоп, способный "видеть" отд ...
  • Квантовый рентгеновский микроскоп позволяет получать "фантомные изображени ...
  • Создан первый квантовый микроскоп, использующий уникальные свойства запутан ...
  • Машины-монстры: DeltaVision OMX Blaze - самый совершенный в мире микроскоп.
  • Самый мощный оптический микроскоп в мире позволит разглядеть живые вирусы.




  • Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.