Австралийские исследователи продемонстрировали квантовый микроскоп, который может преодолеть фундаментальный барьер, с которым сталкиваются обычные микроскопы, и увидеть крошечные структуры, которые обычно невидимы. Устройство «сжимает» свет, чтобы делать снимки с гораздо большей четкостью.
Оптические микроскопы работают, направляя свет на образец, но фотоны в этом свете могут быть случайными по своей природе, создавая шум на изображениях. Самый простой способ обойти это - увеличить интенсивность источника света, увеличивая количество фотонов, но в определенный момент этот яркий свет начинает вредить образцу, особенно при визуализации живых клеток и микроорганизмов.
Это создает фундаментальные ограничения на разрешение и чувствительность. Но теперь исследователи из Университета Квинсленда нашли способ обойти этот предел, войдя в жуткий мир квантовой физики.
В новом микроскопе используются два лазерных источника света, один из которых перенаправляется через кристалл титанилфосфата калия. По сути, это создает квантовые корреляции между парами фотонов в световом луче, позволяя им возвращать больше информации об образце, чем «обычные» фотоны. Конечным результатом являются изображения с более высоким разрешением при более низкой интенсивности света.
Исследователи, использующие квантовый микроскоп. Фото: University of Queensland
«В лучших световых микроскопах используются яркие лазеры, которые в миллиарды раз ярче Солнца», - говорит Уорвик Боуэн, ведущий автор исследования. «Хрупкие биологические системы, такие как человеческая клетка, могут выжить в них лишь короткое время, и это серьезное препятствие. Квантовая запутанность в нашем микроскопе обеспечивает на 35 процентов улучшенную четкость без разрушения клетки, что позволяет нам видеть мельчайшие биологические структуры, которые в противном случае были бы невидимы».
Команда проверила эту технику на дрожжевых клетках и смогла увидеть крошечные структуры, такие как клеточная мембрана, цитозоль (жидкость внутри клетки) и органеллы. Все это выглядело с гораздо большей ясностью, чем может позволить большинство микроскопов.
Какой бы интригующей ни была технология, ее еще можно улучшить. Сама по себе выгода довольно скромная, говорит команда, и методика все еще относительно неэффективна, но с дальнейшей работой ее можно увеличить на порядок.
Квантовому микроскопу еще есть над чем поработать. Фото: University of Queensland
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источник: New Atlas / University of Queensland
