میکروسکوپ کوانتومی که قوانین عجیب کوانتوم را بررسی می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار،به نقل از نیواطلس، آن‌ها با استفاده از فوتون‌های درهم تنیده در ابزار‌ها وضوح تصاویر را بدون آسیب به نمونه ۲ برابر می‌کنند.

یکی از محدودیت‌های کلیدی میکروسکوپ‌ها آن است که ابزار‌های مذکور فقط می‌توانند تصاویری از اشیا یا جزئیاتی ثبت کنند که در نصف طول موج نور به کار رفته اند؛ بنابراین برای میکروسکوپ‌های نوری، جزئیات تا حدود ۲۰۰ نانومتر قابل مشاهده هستند. استفاده از فوتون‌هایی با طول موج‌های کوتاه‌تر، مانند اشعه ماوراء بنفش می‌تواند به میکروسکوپ‌ها اجازه دهد نزدیک‌تر نگاه کنند.

البته در اینجا نکته مهمی وجود دارد، هرچه طول موج کوتاهتر باشد، میزان انرژی بالاتر است بنابراین زمانیکه فرد به مقیاسی می‌رسد، فوتون‌ها برای عکس گرفتن از نمونه به آن آسیب رسانده یا حتی آن را ویران کرده اند.

اما میکروسکوپ کوانتومی محققان کل تک با کمک ویژگی‌های فیزیک کوانتومی از چنین فرایندی جلوگیری می‌کند.

درهم تنیدگی یک پدیده عجیب است که در آن یک یا ۲ ذره را می‌توان طوری در هم پیچید که توصیف یکی بدون دیگری امکانپذیر نباشد. در این تحقیق محققان ۲ ذره فوتون را در یک واحد به نام «بی فوتون» (biphoton) درهم تنیدند که مانند یک فوتون با انرژی کمتر و نصف طول موج کار می‌کند.

لیهونگ وانگ محقق ارشد پژوهش در این باره می‌گوید: سلول‌ها مانند اشعه ماورابنفش عمل نمی‌کنند. اما اگر بتوان از نور ۴۰۰نانومتری برای تصویربرداری سلول استفاده کرد و به تاثیرگذاری نور ۲۰۰ نانومتری (اشعه ماوربنفش) رسید، سلول‌ها خوشحال خواهند بود و ما وضوح بهتری از اشعه مذکور به دست می‌آوریم.

برای این منظور باید تنظیمات نوری خاصی را ایجاد کرد. نخست نور لیزر باید از طریق یک کریستال که برخی فوتون‌ها به «بی فوتون» تبدیل می‌کند، گذر کند. جفت فوتون‌های درهم تنیده در مرحله بعد از هم جدا می‌شوند و به مسیر‌های موازی فرستاده می‌شوند. یکی از فوتون‌ها از طریق نمونه‌ای که تصویر برداری شده، گذر و دیگری از آن اجتناب می‌کند. پس از آن فوتون‌ها به سمت ردیاب‌ها می‌روند و در آنجا داده‌ها آنالیز و سپس یک تصویر ساخته می‌شود.

آزمایش‌های تیم محققان نشان داد تکنیک برای تصویربرداری سلول بدون ویران کردن آن‌ها امکان پذیر است و «تست چشمی» را با موفقیت پشت سر می‌گذارد، در این آزمایش خطوطی با عرض‌های مختلف در مقیاس میکرومتر نشان داده می‌شوند تا مشخص شود ابزار‌ها چگونه می‌توانند بین آن‌ها تمایز قائل شوند.

از سوی دیگر در روش میکروسکوپ کوانتومی وضوح ۲ برابر تست معمول با استفاده از فوتون‌های عادی بود. این روش بسیار بهتر از آزمایش‌های میکروسکوپ کوانتومی است که فقط توانسته اند وضوح را تا ۳۵ درصد افزایش دهند.

یکی از چالش‌های این فرایند آن بود که «بی فوتون ها» به ندرت ایجاد می‌شوند و ذرات کریستال نیز میان هر یک میلیون فوتون فقط یک نمونه از آن را می‌سازند. البته چنین لیزر‌هایی می‌توانند با هر پالس تعداد فوتون بیشتری بسازند.