خلاصه خبر:
دانشمندان دانشگاه کمبریج و آزمایشگاه Kastler Brossel در فرانسه با استفاده از فیزیک کوانتومی به پیشرفتی در میکروسکوپ دست یافته اند. آنها تکنیکی به نام اپتیک تطبیقی با کمک کوانتوم توسعه داده اند که از فوتون های درهم تنیده برای تصحیح اعوجاج تصویر در میکروسکوپ ها استفاده می کند. این روش بر محدودیت‌های فناوری نوری مرسوم غلبه می‌کند و پتانسیل بهبود تصویربرداری میکروسکوپی کلاسیک از نمونه‌های بافت و پیشرفت تحقیقات پزشکی را دارد. محققان با روشن کردن نمونه‌ها با جفت فوتون‌های درهم‌تنیده، تصاویری را ثبت کردند و در عین حال تخریب همبستگی‌های کوانتومی ناشی از انحرافات را اندازه‌گیری کردند. آنها از این اطلاعات برای اصلاح انحرافات و تولید تصاویر واضح تر و با وضوح بالا استفاده کردند. این پیشرفت همچنین می تواند راه را برای میکروسکوپ کوانتومی در زمینه های مختلف هموار کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان با بهره گیری از ویژگی های منحصر به فرد فیزیک کوانتومی برای بهبود وضوح تصویر در کوچکترین مقیاس ها، به پیشرفت قابل توجهی در میکروسکوپ دست یافته اند. این تیم متشکل از دانشمندان دانشگاه کمبریج و آزمایشگاه Kastler Brossel در فرانسه، روش جدیدی به نام اپتیک تطبیقی با کمک کوانتوم ایجاد کردند که از فوتون های درهم تنیده برای تصحیح اعوجاج تصویر در میکروسکوپ استفاده می کند.
فناوری نوری مرسوم در میکروسکوپ ها با محدودیت هایی مواجه است، زیرا حتی نقص های جزئی در اجزای تصویربرداری می تواند منجر به تار شدن تصاویر شود. در حال حاضر، اپتیک تطبیقی برای اصلاح اعوجاج تصویر ناشی از انحرافات استفاده می شود. با این حال، این رویکرد بر یک "ستاره راهنما" متکی است - یک نقطه روشن در نمونه که به عنوان یک نقطه مرجع برای تشخیص انحرافات عمل می کند. این امر برای نمونه هایی مانند سلول ها و بافت هایی که فاقد نقاط روشن هستند، چالش هایی ایجاد می کند. اگرچه اپتیک‌های تطبیقی بدون ستاره راهنما با استفاده از الگوریتم‌های پردازش تصویر توسعه یافته‌اند، اما می‌توانند برای نمونه‌هایی با ساختارهای پیچیده شکست بخورند.
در مطالعه منتشر شده در Science، محققان تکنیک اپتیک تطبیقی با کمک کوانتوم خود را تشریح کردند. آنها از فوتون های درهم تنیده برای تشخیص و تصحیح انحرافاتی که معمولاً تصاویر میکروسکوپی را تحریف می کنند، استفاده کردند. محققان با روشن کردن نمونه‌ها با جفت فوتون‌های درهم تنیده، تصاویر معمولی گرفتند و همزمان همبستگی‌های کوانتومی را اندازه‌گیری کردند. هنگام مواجهه با انحرافات، همبستگی‌های کوانتومی جفت فوتون‌های درهم تنیده کاهش می‌یابد و اطلاعاتی در مورد انحرافات ارائه می‌دهد که می‌توان با استفاده از تحلیل کامپیوتری پیشرفته تصحیح کرد.
این رویکرد اپتیک تطبیقی با کمک کوانتومی، محققان را قادر می‌سازد تا تصاویری با وضوح بالا از نمونه‌های بیولوژیکی، از جمله دهان و پای زنبور عسل را بازیابی کنند. علاوه بر این، آنها تصحیح انحراف را برای نمونه هایی با ساختارهای سه بعدی نشان دادند، جایی که اپتیک تطبیقی کلاسیک اغلب با شکست مواجه می شود. با استفاده از اطلاعات موجود در همبستگی های کوانتومی، محققان به توصیف دقیق و تصحیح انحرافات با استفاده از یک مدلاتور نور فضایی دست یافتند. تصاویر به‌دست‌آمده در مقایسه با تکنیک‌های معمولی میکروسکوپ فیلد روشن، شفاف‌تر و با وضوح بالاتر بودند.
کاربردهای بالقوه این پیشرفت بسیار گسترده است. این می‌تواند منجر به بهبود تصویربرداری میکروسکوپی کلاسیک از نمونه‌های بافت شود که به نفع تحقیقات پزشکی است. علاوه بر این، این امکان را برای میکروسکوپ کوانتومی تقویت‌شده در زمینه‌های مختلف باز می‌کند. در حالی که هنوز موانع فنی وجود دارد که باید قبل از پذیرش گسترده در میکروسکوپ‌های نوری غلبه کرد، محققان به پالایش و توسعه این فرآیند خوش‌بین هستند. انتظار می‌رود نسل بعدی دوربین‌ها و منابع نوری با استفاده از این تکنیک سرعت وضوح تصویر را بیشتر کنند و راه را برای کاربردهای جدید دنیای واقعی در میکروسکوپ پیشرفته هموار کنند.
منبع
Cameron, P., Courme, B., Vernière, C., Pandya, R., Faccio, D., & Defienne, H. (2024). Adaptive optical imaging with entangled photons. Science. https://doi.org/adk7825
