Wissenschaftler aus Australien und Deutschland haben ein Quantenmikroskop entwickelt, das in der Lage ist, zuvor unsichtbare Zellstrukturen zu sehen. Laut den Autoren ebnet dies den Weg für die Schaffung neuer Biotechnologien und praktischer Anwendungen – von der Navigation bis zur medizinischen Bildgebung.
Die Produktivität von Lichtmikroskopen wird durch das zufällige Rauschen begrenzt, das von elementaren Lichtteilchen - Quanten elektromagnetischer Strahlung oder Photonen - erzeugt wird. Die Diskretheit von Photonen bestimmt die Empfindlichkeit, Auflösung und Geschwindigkeit optischer Geräte. Um diese Parameter zu optimieren, gehen die Entwickler normalerweise vor, indem sie die Lichtintensität erhöhen und die üblichen Quellen durch Laser ersetzen. Doch bei der Untersuchung biologischer Systeme ist der Einsatz von Lasermikroskopen nicht immer möglich, da helle Laser eine lebende Zelle zerstören können.
Forscher der University of Queensland haben vorgeschlagen, dass die biologische Bildgebung verbessert werden kann, ohne die Lichtintensität zu erhöhen, indem Quantenphotonenkorrelationen verwendet werden. Zusammen mit deutschen Kollegen haben sie experimentell nachgewiesen, dass es mit Hilfe von Quantenkorrelationen möglich ist, ein um 35 % höheres Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen als mit herkömmlicher Mikroskopie ohne Photozerstörung. Die Geschwindigkeit der Bildverarbeitung ist mit dieser Technologie viel höher.
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Die Autoren schufen ein Gerät, das ein kohärentes Mikroskop mit Subwellenlängenauflösung und hellem quantenkorreliertem Licht ist, das die Visualisierung molekularer Bindungen innerhalb der Zelle ermöglicht.
Das Mikroskop basiert auf der Wissenschaft der Quantenverschränkung, einem Effekt, den Einstein als beschrieben hat beängstigende Interaktionen aus der Ferne. Es ist der weltweit erste verschränkungsbasierte Sensor mit einer Leistung, die die besten bestehenden Technologien übertrifft. Experten zufolge wird dieser Durchbruch zum Erscheinen verschiedener Arten neuer Technologien führen - von den neuesten Navigationssystemen bis hin zu fortschrittlicheren MRT-Geräten.
Es wird angenommen, dass die Verschränkung das Herzstück der Quantenrevolution ist. Neue Sensoren, die dieses Prinzip verwenden, könnten bestehende Nicht-Quantentechnologien ersetzen. Die besten Mikroskope der Welt verwenden helle Laser, die milliardenfach heller sind als die Sonne. Empfindliche biologische Systeme wie die menschliche Zelle können ihrem Licht nur sehr kurze Zeit standhalten, was eine ernsthafte Hürde darstellt. Die Quantenverschränkung im neuen Mikroskop bietet eine um 35 % verbesserte Auflösung, ohne die Zelle zu zerstören, wodurch die kleinsten biologischen Strukturen sichtbar werden, die ansonsten unsichtbar wären.
Als wesentlichen Erfolg der neuen Methode sehen die Autoren die Überwindung der sogenannten „harten Barriere“ der traditionellen Lichtmikroskopie, die nicht in das Innere einer lebenden Zelle eindringen kann.
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Es ist klar, dass der Text von unseren authentischen ukrainischen Journalisten erstellt wurde