Создан квантовый микроскоп, способный увидеть невозможное

Впечатление художника от работы нового квантового микроскопа Квинслендского университета. Предоставлено: Университет Квинсленда.

Сделав крупный научный скачок, исследователи из Университета Квинсленда создали квантовый микроскоп, который может обнаруживать биологические структуры, которые иначе было бы невозможно увидеть.

Это открывает путь для приложений в биотехнологии и может распространиться дальше в различных областях, от навигации до медицинской визуализации.

Микроскоп работает за счет квантовой запутанности — эффекта, который Эйнштейн описал как «пугающие взаимодействия на расстоянии».

Квантовый микроскоп в Университете Квинсленда, готовый сосредоточиться на биологии, которую раньше было невозможно увидеть. Предоставлено: Университет Квинсленда.

По словам профессора Уорвика Боуэна из Лаборатории квантовой оптики Университета Квинсленда и Центра передового опыта в области инженерии квантовых систем (EQUS), это был первый датчик на основе запутывания с характеристиками, превосходящими лучшие из возможных на сегодняшний день технологий.

Профессор Боуэн сказал: «Этот прорыв откроет доступ ко всем видам новых технологий — от более совершенных систем навигации до более совершенных аппаратов МРТ».

«Считается, что запутанность лежит в основе квантовой революции. Мы наконец продемонстрировали, что датчики, использующие ее, могут заменить текущие неквантовые технологии.

«Это захватывающе — это первое доказательство того, что запутанность может изменить парадигму восприятия».

В дорожной карте Австралии по квантовым технологиям квантовые датчики стимулируют новую волну технологических инноваций в здравоохранении, инженерии, транспорте и ресурсах.

Большой успех квантового микроскопа команды заключался в его способности преодолеть «твердый барьер» в традиционной световой микроскопии.

Исследователи из Университета Квинсленда (против часовой стрелки снизу слева) Какстери Касасио, Уорик Боуэн, Ларс Мэдсен и Валид Мохамед выравнивают квантовый микроскоп.

«В лучших оптических микроскопах используются яркие лазеры, которые в миллиарды раз ярче, чем солнце», — сказал профессор Боуэн.

«Хрупкие биологические системы, такие как человеческая клетка, могут выжить в них только короткое время, и это серьезное препятствие.

«Квантовая запутанность в нашем микроскопе обеспечивает на 35 процентов улучшенную прозрачность без разрушения клетки, что позволяет нам видеть микроскопические биологические структуры, которые в противном случае могли бы быть невидимыми.

«Преимущества очевидны — от лучшего понимания живых систем до усовершенствованных диагностических методов».

Исследователи из Университета Квинсленда (против часовой стрелки снизу слева) Какстери Касасио, Уорик Боуэн, Ларс Мэдсен и Валид Мохамед выравнивают квантовый микроскоп. Предоставлено: Университет Квинсленда.

Профессор Боуэн сказал, что возможности квантовой запутанности в технологии безграничны.

«Запутанность призвана произвести революцию в вычислениях, коммуникации и восприятии», — сказал он. «Совершенно безопасная связь была продемонстрирована несколько десятилетий назад как первая демонстрация абсолютного количественного преимущества перед традиционными технологиями.

Вычисления быстрее, чем любой потенциальный обычный компьютер, что было продемонстрировано Google два года назад как первое свидетельство абсолютного преимущества в вычислениях.

«Последний кусок головоломки был зондированием, и теперь мы преодолели этот пробел.

«Это открывает двери для некоторых крупномасштабных технологических революций».

Справка: 9 июня 2021 г. природа.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03528-w

Исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС США и Австралийским исследовательским советом.