Разработан квантовый микроскоп, позволяющий разглядеть ранее невидимые структуры
Команда австралийских и немецких исследователей создала квантовый микроскоп, который не вредит биологическим образцам. Таким образом, он позволяет наблюдать те биологические структуры, которые иначе было бы невозможно увидеть.
Исследование опубликовано в журнале Nature, коротко о нем рассказывает The Conversation.
Микроскопы имеют долгую историю. Считается, что они были впервые изобретены голландским производителем линз Захариасом Янссеном на рубеже XVII века. Возможно, он использовал их для подделки монет. Это неоднозначное начало привело к открытию бактерий, клеток и, в конце концов, практически всей микробиологии.
Лазерные микроскопы позволяют разглядеть объекты в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Они были удостоены Нобелевской премии по химии 2014 года и изменили наше понимание клеток и молекул.
Однако лазерные микроскопы сталкиваются с серьезной проблемой. То самое качество, которое делает их успешными — их интенсивность, — также является их ахиллесовой пятой. Лучшие лазерные микроскопы используют свет в миллиарды раз ярче солнечного света на Земле, и этот свет может просто разрушить крошечные объекты.
Новый квантовый микроскоп использует свойство, называемое квантовой запутанностью — необычный вид корреляции между частицами, в данном случае между фотонами, составляющими лазерный луч. Благодаря квантовой запутанности фотоны поступают на детектор очень упорядоченным образом. Это снижает шум.
Другим микроскопам необходимо увеличивать интенсивность лазера, чтобы улучшить четкость изображений. Снижая шум, можно улучшить четкость без увеличения мощности луча.
Ключевой задачей было создание квантовой запутанности, достаточно яркой для лазерного микроскопа. Команда сделала это, сконцентрировав фотоны в лазерных импульсах длительностью всего несколько миллиардных долей секунды. Это привело к запутанности, которая была в 1000 млрд раз ярче, чем ранее использовалась при визуализации.
При использовании в микроскопе запутанный лазерный свет обеспечивает на 35% большую четкость изображения, чем это было возможно ранее без разрушения образца. Ученые проверили свой микроскоп, рассмотрев колебания молекул в живой клетке. Это позволило им увидеть подробную структуру, которая была бы невидимой при использовании традиционных подходов.
Во многих областях квантовая технология предлагает абсолютные преимущества по сравнению с существующими методами. Теперь к этим областям присоединилась и микроскопия, заключили исследователи.
Фото: UQ/Aleksandr Kakinen, Warwick Bowen