Teknoloji

Bilim adamları, Yeni Kuantum Mikroskopunun ‘Görmesi İmkansız’ Yapıları Ortaya Çıkardığını İddia Etti

0

Muhtemelen bilim adamlarının mikroskop altında çıplak gözle görülmeyen nesnelere bakan görüntülerini görmüşsünüzdür. Gerçekten de, mikroskoplar hayatı anlamamız için vazgeçilmezdir.

Örneğin, COVID-19 gibi hastalıklara verdiğimiz yanıtta, biyoteknoloji ve tıp için de vazgeçilmezdirler. Bununla birlikte, en iyi ışık mikroskopları temel bir engele çarptı – küçük nesneleri aydınlatmak için kullanılan parlak lazer ışığı da onları yok edebilir.

Yayınlanan araştırmada Doğa bugün, Avustralyalı ve Alman araştırmacılardan oluşan ekibimiz, kuantum teknolojilerinin bir çözüm sunduğunu gösterdi. Biyolojik örnekleri daha nazikçe inceleyebilen bir kuantum mikroskobu yaptık, bu da aksi takdirde görülmesi imkansız olan biyolojik yapıları gözlemlememize izin verdi.

Bizimki gibi hasardan kaçan bir mikroskop yaratmak, uluslararası kuantum teknolojisi yol haritalarında uzun zamandır beklenen bir kilometre taşıdır. Mikroskopi ve daha geniş anlamda algılama teknolojileri için heyecan verici yeni bir çağa atılan ilk adımı temsil ediyor.

Lazer mikroskoplarla ilgili sorun

Mikroskopların uzun bir geçmişi vardır. İlk olarak on yedinci yüzyılın başlarında Hollandalı lens yapımcısı Zacharias Janssen tarafından icat edildiği düşünülüyor. Paraları taklit etmek için kullanmış olabilir. Bu damalı başlangıç, şimdi anladığımız şekliyle bakterilerin, hücrelerin ve temelde tüm mikrobiyolojinin keşfine yol açtı.

Lazerlerin daha yeni icadı, yoğun yeni bir ışık türü sağladı. Bu, mikroskopi için yepyeni bir yaklaşımı mümkün kıldı. Lazer mikroskopları, biyolojiyi insan saçının kalınlığından 10.000 kat daha küçük, gerçekten mükemmel ayrıntılarla görmemizi sağlar. 2014 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldüler ve hücrelere ve içlerindeki DNA gibi moleküllere dair anlayışımızı değiştirdiler.

Bununla birlikte, lazer mikroskopları büyük bir problemle karşı karşıyadır. Onları başarılı yapan kalite – yoğunlukları – aynı zamanda onların Aşil topuğudur. En iyi lazer mikroskopları, Dünya’daki güneş ışığından milyarlarca kat daha parlak ışık kullanır. Tahmin edebileceğiniz gibi, bu ciddi güneş yanığına neden olabilir!

Bir lazer mikroskobunda biyolojik örnekler saniyeler içinde hastalanabilir veya yok olabilir. Ekip üyemiz Michael Taylor tarafından çekilen aşağıdaki fibroblast hücresi filminde bunun gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini görebilirsiniz.

Uzaktaki ürkütücü eylem çözümü sağlar

Mikroskobumuz bu sorunu ortadan kaldırıyor. Albert Einstein’ın “uzaktan ürkütücü eylem” olarak tanımladığı kuantum dolaşıklık adı verilen bir özelliği kullanır.

Dolaşıklık, parçacıklar arasında, bizim durumumuzda bir lazer ışını oluşturan fotonlar arasında alışılmadık bir bağıntıdır. Mikroskobu kendi kendilerine davranmaları için bırakan fotonları eğitmek için kullanırız, bir dedektöre çok düzenli bir şekilde ulaşırız. Bu gürültüyü azaltır.

Diğer mikroskopların, görüntülerin netliğini artırmak için lazer yoğunluğunu artırması gerekir. Bizimki gürültüyü azaltarak, bunu yapmadan netliği iyileştirebiliyor. Alternatif olarak, aynı mikroskop performansını elde etmek için daha az yoğun bir lazer kullanabiliriz.

Önemli bir zorluk, bir lazer mikroskobu için yeterince parlak olan kuantum dolaşıklığı üretmekti. Bunu, fotonları saniyenin sadece birkaç milyarda biri uzunluğundaki lazer darbelerine yoğunlaştırarak yaptık. Bu, daha önce görüntülemede kullanılandan 1000 milyar kat daha parlak olan dolaşıklık üretti.

Bir mikroskopta kullanıldığında, dolaşmış lazer ışığımız, örneği bozmadan mümkün olandan yüzde 35 daha iyi görüntü netliği sağladı. Canlı bir hücre içindeki moleküllerin titreşimlerini görüntülemek için mikroskobu kullandık. Bu, geleneksel yaklaşımlarla görünmez olan ayrıntılı yapıyı görmemizi sağladı.

İyileştirme aşağıdaki resimlerde görülebilir. Mikroskobumuzla çekilen bu görüntüler, bir maya hücresinin bir bölümündeki moleküler titreşimleri gösteriyor. Soldaki görüntü kuantum dolaşıklığı kullanırken, sağdaki görüntü geleneksel lazer ışığını kullanıyor. Aynı fikirde olduğunuzu umduğum gibi, kuantum görüntüsü daha net, yağların hücre içinde depolandığı bölgeler (koyu lekeler) ve hücre duvarı (yarım dairesel yapı) hem daha görünür.

Mikroskobumuzla mümkün olan kuantum geliştirme örneği. (Warwick Bowen)

Kuantum algılama teknolojilerinin uygulamalarına doğru

Kuantum teknolojilerinin bilgi işlem, iletişim ve algılamada devrim niteliğinde uygulamalara sahip olması bekleniyor. Avustralya’nın Commonwealth Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Örgütü (CSIRO), 2040 yılına kadar 86 milyar A$’lık bir küresel endüstri yaratacaklarını tahmin ediyor.

Kuantum dolaşıklığı bu uygulamaların çoğunun temelini oluşturur. Kuantum teknolojisi araştırmacıları için önemli bir zorluk, mevcut yöntemlere göre mutlak avantajlar sunduğunu göstermektir.

Dolanıklık, finansal kurumlar ve devlet kurumları tarafından garantili güvenlikle iletişim kurmak için zaten kullanılıyor. Aynı zamanda, Google’ın 2019’da gösterdiği kuantum bilgisayarların kalbinde, mevcut geleneksel bilgisayarlarla imkansız olan hesaplamaları gerçekleştirebilir.

Kuantum sensörleri bu yapbozun son parçasıdır. Daha iyi navigasyondan daha iyi sağlık hizmetlerine ve tıbbi teşhise kadar dünyayı nasıl gördüğümüzün hemen hemen her yönünü iyileştirecekleri tahmin ediliyor.

Yaklaşık bir yıl önce kuantum dolaşıklığı, kilometre ölçekli yerçekimi dalgası gözlemevlerinde kuruldu. Bu, bilim adamlarının uzayda daha uzaktaki büyük nesneleri tespit etmelerini sağlar.

Çalışmamız, dolaşıklığın daha normal boyut ölçeklerinde ve yaygın teknolojilerde mutlak bir algılama avantajı sağlayabileceğini gösteriyor. Bunun sadece mikroskopi için değil, aynı zamanda küresel konumlandırma, radar ve navigasyon gibi birçok başka uygulama için de büyük sonuçları olabilir. Konuşma

Warwick Bowen, Kuantum ve Hassas Teknolojiler Profesörü, Queensland Üniversitesi.

Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation’dan yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi okuyun.

.

Profesör

Sürpriz Keşif, 500 Milyon Yıllık Göktaşı Etkisinde Dünya’ya Gömüldü

Previous article

Echidnas’ın Dört Uçlu Penisleri Var ve Bilim Adamları Nedenini Anlamak İstiyor

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Teknoloji