La Kvantu tehnoloģija revolucionizē mūsu skatījumu uz mikroskopisko pasauliTas, kas pirms dažām desmitgadēm šķita kā zinātniskā fantastika – dzīvu šūnu redzēšana ārkārtīgi detalizēti, tās nebojājot, gaismas kustības izsekošana kristālā vai atomu fotografēšana pa vienam –, sāk kļūt par ikdienu vadošajās laboratorijās visā pasaulē.
Pateicoties jaunajam kvantu mikroskopi, kas spēj pārvarēt klasiskās izšķirtspējas robežasZinātnieki nojauc barjeras, kas vairāk nekā gadsimtu ir noteikušas iespēju robežas. Sākot ar dzīvo šūnu optisko mikroskopiju, kuras pamatā ir sapinušies fotoni, līdz īpaši aukstu gāzu kvantu simulatoriem un 4D elektronmikroskopiem, kopīgais mērķis ir skaidrs: iegūt daudz vairāk informācijas ar mazāku gaismu vai mazākām starojuma devām un redzēt struktūras, kas iepriekš bija burtiski neredzamas.
Klasiskā izšķirtspējas robeža un kāpēc parastais apgaismojums nav pietiekams
Parastā optiskajā mikroskopā, Spēja atšķirt sīkas detaļas ir ierobežota gaismas viļņa garuma dēļ. kas tiek izmantots. Parasti var izšķirt tikai tās struktūras, kuru izmērs ir vismaz aptuveni puse no šī viļņa garuma.
Tas nozīmē, ka, izmantojot standarta redzamo gaismu, ir punkts, kurā Izšķirtspēju nevar uzlabot, vienkārši pievienojot lielāku palielinājumu.Mēs varam pietuvoties, jā, bet detaļas sāk izplūst, jo gaismas viļņveidīgā daba darbojas kā fiziski griesti.
Viens acīmredzams veids, kā virzīties tālāk, ir izmantot gaisma ar īsāku viļņa garumupiemēram, violets vai pat ultraviolets (UV). Jo īsāks viļņa garums, jo mazākas detaļas mikroskops var atšķirt. Tomēr tam ir būtisks trūkums: šie starojumi nes vairāk enerģijas un var bojāt vai nogalināt dzīvas šūnas un trauslas molekulas, kaut kas nepieņemams šūnu bioloģijā, medicīnā vai daudzos augstas precizitātes eksperimentos.
Pētnieki gadiem ilgi cīnās ar šo līdzsvaru: Ja gaismas intensitāte tiek samazināta, lai izvairītos no parauga apcepšanas, attēls kļūst trokšņains.Tas zaudē kontrastu un kritiski svarīgas detaļas. Ja intensitāte tiek pārāk palielināta vai tiek izmantots ļoti enerģisks starojums, paraugs cieš neatgriezeniskus bojājumus. Šeit spēlē lomu kvantu fizikas idejas.
Tradicionālā optika nespēj apvienot vāju apgaismojumu, augstu jutību un ārkārtēju izšķirtspēju. Šādā gadījumā tiek izmantots rūpīgi sagatavota kvantu gaisma, piemēram, sapinušos fotonu pāriTas ļauj mums apiet dažus no šiem ierobežojumiem un atvērt pilnīgi jaunu logu mikro un nano pasaulē.
Starp “rāpojošo” darbību un perfekto attēlu: kvantu sapīšanās
Viena no spilgtākajām parādībām mūsdienu fizikā ir kvantu sapīšanāsSaskaņā ar kvantu mehāniku, divas daļiņas var kļūt tik cieši savstarpēji saistītas, ka vienas daļiņas stāvoklis ir saistīts ar otras daļiņas stāvokli neatkarīgi no attāluma starp tām. Alberts Einšteins to raksturoja kā "spocīgu darbību attālumā", jo tas bija pretrunā ar klasisko intuīciju un ar to, ko ierosināja viņa paša relativitātes teorija.
Mikroskopijas kontekstā šī sapīšanās nozīmē sapinušos fotonu pāri, kas pazīstami kā bifotoniNo kvantu viedokļa bifotons uzvedas gandrīz kā viena salikta daļiņa, kuras impulss ir aptuveni divreiz lielāks nekā atsevišķam fotonam.
Kvantu mehānika mums atgādina, ka Katrai daļiņai piemīt arī viļņveidīgs rakstursŠajā kontekstā viļņa garums ir apgriezti proporcionāls impulsam: jo lielāks impulss, jo īsāks viļņa garums. Tas nozīmē, ka, tā kā bifotonam ir lielāks efektīvais impulss, tā efektīvais viļņa garums ir aptuveni puse no brīvajiem fotoniem, ar kuriem tas tika ģenerēts.
Visa šī viļņu un daļiņu mijiedarbība ir interesanta, jo, ja mēs varam panākt, lai mikroskops darbotos tā, it kā tas izmantotu gaisma ar viļņa garumu, kas vienāds ar pusiMēs varam redzēt divreiz mazākas detaļas, neizmantojot šūnām enerģiskāku vai agresīvāku starojumu.
Šī gudrā kvantu sapīšanās izmantošana paver durvis metodēm, kas, noturot fotonus ar mīkstām enerģijām (piemēram, aptuveni 400 nanometru viļņa garumu violetā diapazonā), Tie sasniedz izšķirtspēju, kas ir salīdzināma ar ultravioletās gaismas izšķirtspēju, bet ar daudz īsāku ilgumu., aptuveni 200 nanometru lielumā, bet nesabojājot paraugu.
Kvantu sakritības mikroskopija (QMC): izšķirtspējas dubultošana, neapcepot šūnas
Pētnieku grupa no Kalifornijas Tehnoloģiju institūts (Caltech) ir izstrādājusi tehniku, ko sauc par Kvantu sakritības mikroskopija (QMC)Šī metode, kas žurnālā Nature Communications aprakstīta kā “kvantu šūnu mikroskopija pie Heisenberga robežas”, sola dubultot izšķirtspēju, ko var iegūt ar parasto optisko mikroskopu.
QMC galvenā ideja ir izmantot sviras efektu fotonu pāri, kas savijas, veidojot bifotonusŠie bifotoni uzvedas kā viena vienība ar divreiz lielāku impulsu un līdz ar to īsāku efektīvo viļņa garumu. Tādējādi sistēma, kas izmanto 400 nm gaismu (violetā spektra malā), var sasniegt izšķirtspēju, kas līdzīga 200 nm gaismas izšķirtspējai (pilnā ultravioletā spektrā), vienlaikus saglabājot uz parauga nogulsnēto enerģiju daudz vieglāk pārvaldāmā līmenī.
Skolotājs Lihonga Vanga, medicīnas inženierijas un elektrotehnikas profesors Caltech universitātē un šī darba vadošais autors, to ļoti grafiski apkopo: šūnas "nesadzīvo" ar ultravioleto gaismu, bet, ja mēs apgaismojam ar 400 nm un panākam tādu pašu izšķirtspējas efektu kā ar 200 nm, Šūnas ir "laimīgas", un mikroskops turpina iegūt detalizētāku informāciju..
Šī pieeja atrisina klasisko dilemmu vienā rāvienā: Nav nepieciešams izmantot ārkārtīgi enerģisku gaismu, lai redzētu ļoti mazas struktūras.Manipulējot kvantu sapīšanos un veidu, kādā tiek mērītas atbilstības starp pāru fotoniem, QMC sistēma ļauj mikroskopam iegūt vairāk no katra fotona, nepalielinot potenciālos bojājumus dzīviem paraugiem.
Atšķirībā no tradicionālajiem mikroskopiem, kas uztver tikai objekta detaļas, kuru izmērs ir salīdzināms ar pusi no izmantotās gaismas viļņa garuma, QMC Tas ļauj redzēt daudz mazākas struktūras, izmantojot mazāk kaitīgu apgaismojumu.Un turklāt tas tiek darīts ar eksperimentālu konfigurāciju, kas, pēc tās veidotāju domām, jau ir dzīvotspējīga sistēma, nevis tikai vienreizēja laboratorijas demonstrācija.
Kā QMC darbojas soli pa solim
Lai īstenotu šo ideju, Caltech komanda izveidoja optiska ierīce, kurā lāzers spīd uz īpaša kristālaŠis kristāls ir paredzēts, lai nelielu daļu krītošo fotonu pārveidotu par sapinušiem fotonu pāriem jeb bifotoniem. Pagaidām efektivitāte ir ļoti zema (apmēram viens fotons uz miljonu), taču pētnieki jau strādā pie šī ātruma uzlabošanas.
Kad šie bifotoni ir ģenerēti, Tos atdala, izmantojot spoguļus, lēcas un prizmas.tā, lai divi fotoni, kas tos veido, virzītos pa dažādiem ceļiem. Viens no tiem iziet cauri paraugam, kuru vēlamies novērot (to sauc par signāla fotonu), bet otrs neiziet cauri paraugam (tas ir dīkstāves jeb neaktīvais fotons).
Abi fotoni turpina savu ceļu caur sistēmas optiku, līdz tie sasniedz detektoru, kas savienots ar datoru. Knifs ir tāds, ka dators Tas neskaita tikai atsevišķus fotonus, bet gan sakritības starp diviem sapinušajiem fotoniem.Pamatojoties uz šo informāciju, parauga attēls tiek rekonstruēts, izmantojot pāra savstarpēji saistīto raksturu.
Pārsteidzoši ir tas, ka, neskatoties uz to, ka pēc šūnas vai cita veida objekta šķērsošanas tiek izmantoti atsevišķi maršruti, Fotoni saglabā savu sapīšanos un uzvedas kā bifotoni. kamēr tie tiek detektēti. Sistēma izmanto šo kvantu koherenci, lai viss uzvestos tā, it kā tam būtu puse no viļņa garuma.
Lai gan citām grupām jau bija izdevies iegūt attēlus ar bifotoniem, Vanga komanda apgalvo, ka šī ir pirmā reize. mikroskopiski detalizēta iekārta, kas demonstrē praktisku un reproducējamu sistēmuViņi ir izstrādājuši stingru teoriju, lai aprakstītu procesu, ātru un precīzu metodi sapīšanās mērīšanai, un ir pierādījuši tās lietderību reālos bioloģiskos paraugos.
Apskatiet dzīvās šūnas detalizētāk un ar mazākiem bojājumiem
Caltech komanda izmantoja savu kvantu mikroskopu, lai iegūt vēža šūnu attēlusPateicoties uzlabotajai izšķirtspējai, viņi spēja skaidri identificēt dažādas iekšējās struktūras, kuras klasiskais optiskais mikroskops ar salīdzināmu gaismu un devu nevarēja izšķirt.
Visspilgtākais ir tas Šūnas procesa laikā netika bojātas vai iznīcinātas.jo izmantotais starojums nebija īpaši enerģisks. Maģija slēpjas tajā, kā tiek izmantota bifotonu pārnēsātā kvantu informācija, nevis šūnas "bombardēšanā" ar arvien agresīvākiem fotoniem.
Šī metode tiek uzskatīta par ļoti daudzsološu progresu Medicīniskā attēlveidošana un biomedicīniskie pētījumiSpēja pētīt dzīvas šūnas, audus vai pat delikātus mikroorganismus ar izšķirtspējas līmeni, kas ir tuvu kvantu fizikas noteiktajai robežai (tā sauktajai Heizenberga robežai), tos neiznīcinot, paver durvis agrīnai diagnostikai, labākai ārstēšanas uzraudzībai un labākai kritisko bioloģisko procesu izpratnei.
Raugoties nākotnē, pētnieki apsver iespēju, ka izmantot vairāk nekā divus sapinušos fotonus lai vēl vairāk uzlabotu izšķirtspēju un optimizētu tehnoloģiju, lai samazinātu fona troksni, kas saistīts ar fotonu mijiedarbību ar vidi. Katrs uzlabojums vēl vairāk palielinātu iegūto attēlu kvalitāti un precizitāti.
Vienlaikus šī attīstība liek pamatus pielietojumiem tādās jomās kā kvantu skaitļošana, kriptogrāfija vai jaunu materiālu dizainskur spēja raksturot struktūras nanoskalā, tās nebojājot, ir tīrs zelts.
Kvantu gāzes mikroskopi: atomu sasaldēšana un to apskate pa vienam
Tikmēr Eiropā ir panākts progress citā papildinošā frontē: īpaši aukstu gāzu kvantu mikroskopi. Simbolisks piemērs ir QUIONE, ko izstrādājis Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) Kasteldefelsā un kas tika prezentēts žurnālā PRX Quantum.
QUIONE darbojas kā "Kvantu simulators", kas atdzesē stroncija atomus līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtajai nulleiTas tos sakārto optiskā tīklā un ļauj tos novērot individuāli, gandrīz kā olas, kas ievietotas kartona kastes caurumos, bet atomu mērogā.
Tradicionāli kvantu gāzes mikroskopi bija balstīti uz sārmu atomi, piemēram, litijs vai kālijskas ir optiski vienkāršāk apstrādājami. Stroncija — sārmzemju atoma ar sarežģītāku spektru — iekļaušana kvantu režīmā paver durvis daudz eksotiskāku materiālu un matērijas fāžu simulācijai.
Shēma ir šāda: stroncija gāzes temperatūra uz dažām milisekundēm tiek samazināta līdz ārkārtīgi zemām vērtībām, izraisot atomu sabrukšanu. gandrīz pilnībā palēnināties un iesprūst optiskajā tīklāsava veida gaismas "režģis", ko ģenerē lāzeri. Katra vieta režģī uzvedas kā maza enerģijas aka, kurā ar lielu varbūtību atradīsies atoms.
Pateicoties šai konfigurācijai, komanda ir spējusi iegūt atomu pa atomiem attēlus un pētīt tādas parādības kā superfluiditāte, kurā stroncija gāze plūst bez viskozitātes. Turklāt atomu dinamika, kas "lec" no vienas vietas režģī uz otru, nepārvarot klasiskās barjeras, tieši ilustrē slaveno kvantu tunelēšanas efekts.
QUIONE kā analogais kvantu procesors un jaunu materiālu laboratorija
QUIONE nav tikai mikroskops: tas būtībā ir analogais kvantu procesorsPielāgojot optiskā režģa formu, lāzeru intensitāti, atomu mijiedarbību un citus parametrus, pētnieki var "ieprogrammēt" sistēmu, lai atdarināt sarežģītu reālu materiālu uzvedībubet ļoti kontrolētā vidē.
Tas ļauj mums risināt sarežģītus jautājumus, piemēram, Kāpēc daži materiāli vada elektrību bez zudumiem? (supravadītspēja) relatīvi augstās temperatūrās vai tas, kā elektroni ir organizēti topoloģiskās fāzēs, kas joprojām ir vāji izprastas.
Iespēja pētīt stroncija gāzes ar tādu precizitāti, izmantojot šāda veida kvantu mikroskopu, padara QUIONE stratēģisks instruments nākotnes kvantu datoru izstrādei un saistītās tehnoloģijas. Stroncijs ir īpaši pievilcīgs īpaši precīzu atomu pulksteņu un robustu kvantu procesoru izveidei, tāpēc ierīces, kas ļauj to manipulēt un vizualizēt viena atoma mērogā, esamība ir patiesa zinātniska greznība.
Pētnieki, piemēram, Letisija Tarruela un viņas komanda, norāda, ka Šāda veida kvantu simulācija palīdzēs atšķetināt ārkārtīgi sarežģītas mikroskopiskas sistēmas., piedāvājot norādes par to, kā izstrādāt jaunus materiālus ar pielāgotām īpašībām, sākot no uzlabotiem supravadītājiem līdz topoloģiskiem izolatoriem.
Tādējādi mēs atrodamies kvantu mikroskopu saimē, kas ne tikai parāda pasauli, bet arī atjauno to miniatūrā, lai labāk to izprastu, kas līdz pat nesenam laikam šķita rezervēts teorētiskiem modeļiem.
Ļoti zemas intensitātes kvantu gaisma: Eiropas projekts Q-MIC
Vēl viena spēcīga likme uz Kvantu mikroskopija nāk no Eiropas projekta Q-MICŠis projekts, ko lielā mērā vada ICFO un līdzstrādnieki no Itālijas un Vācijas, tiek īstenots kopš 2018. gada, lai izstrādātu mikroskopu, kas spēj izmantot ļoti zemas intensitātes kvantu gaismu, lai iegūtu attēlus ar plašu redzeslauku, augstu jutību un labāku izšķirtspēju nekā klasiskajiem mikroskopiem.
Q-MIC ierīce ir īpaša, jo tā ir īpaši izstrādāta apgaismot paraugu ar sapinušos fotonu pāriemParastās gaismas, kas sastāv no daudziem nesakārtotiem fotoniem, vietā katrs fotonu pāris nes izsmalcināti korelētu informācijas daudzumu, ļaujot iegūt vairāk detaļu ar mazāku kopējo starojumu.
Lietojumos, kuros paraugs ir ārkārtīgi jutīgs, piemēram, noteiktiem proteīniem, vīrusiem, molekulām vai dzīviem audiem, kam ir zemas intensitātes gaisma, kas nesabojās eksperimentu Tas ir būtiski. Problēma, kā vienmēr, ir tā, ka intensitātes samazināšana palielina attēla relatīvo troksni, kas parasti padara rezultātu izplūdušu.
Q-MIC pārvar šo šķērsli, izmantojot interferences modeļi, ko rada sapinušies fotoniTā vietā, lai vienkārši ierakstītu, cik fotonu sasniedz katru pikseli, kamera nosaka atbilstošus fotonu pārus, kas iet caur optisko sistēmu, un ņem tos paraugus, un šī informācija tiek izmantota attēla rekonstrukcijai, izmantojot uzlabotus matemātiskos algoritmus.
Pateicoties šai pieejai, pētnieki ir pierādījuši, ka tas ir iespējams samazināt troksni un palielināt mērījumu jutību par vairāk nekā 25% salīdzinājumā ar klasiskajām metodēm, saglabājot gaismas devas krietni zem parastā līmeņa.
Interference, Savarta plāksnes un attēla rekonstrukcija
Q-MIC optiskā sirds ietver komplektu Savarta šķīvjidivkārši laušanas kristāli, kas spēj sadalīt gaismas staru divos staros ar atšķirīgu polarizāciju (horizontālu un vertikālu), kas pārvietojas nedaudz pa atšķirīgiem ceļiem, un vadošie elementi, kas ir līdzīgi tiem, ko izmanto optisko šķiedru sistēmas.
Kad caur šo sistēmu iziet sapinušos fotonu pāri, veidojas Savarta plāksnes. Tie atdala savus ceļus un virza tos parauga virzienā.Ja paraugs ir pilnīgi plakans un homogēns, fotonu ceļi paliek gandrīz identiski. Bet, ja ir atšķirības biezumā, refrakcijas indeksā vai citās īpašībās, rodas fāžu atšķirības, kas, stariem rekombinējoties, rada sarežģītus interferences modeļus.
Mikroskopa kamera nemēra optiskās intensitātes līmeņus parastajā veidā, bet gan reģistrē fotonu ierašanās sakritības dažādos redzes lauka punktos. Atkārtojot procesu daudzas reizes, uzkrājas divu fotonu interferences modelis, kas kodē informāciju par parauga smalko struktūru.
Ar rekonstrukcijas algoritmu palīdzību, kuru pamatā ir matemātiskas un signālu apstrādes metodes, zinātnieki Viņi pārveido šos modeļus detalizētos attēlosbez nepieciešamības pēc punktveida skenēšanas sistēmas. Tas ļauj aptvert relatīvi plašus redzes laukus ar augstu jutību un labu izšķirtspēju, kas ir ļoti noderīgi virsmu un lielu paraugu analīzei.
Lai pārbaudītu uzlabojumu, viņi veica A proteīna standarta paraugs Paraugs tika novietots uz stikla priekšmetstikliņa ar vienādā attālumā izvietotām šūnām. Vispirms to apgaismoja ar klasisko gaismu un pēc tam ar kvantu gaismu. Abos gadījumos tika iegūti interferences raksti, un attēli tika rekonstruēti. Rezultāts bija skaidrs: ar kvantu gaismu attēls bija daudz gludāks, ar mazāku troksni un labāk definētām struktūru malām.
Q-MIC pielietojumi: no elastīgiem materiāliem līdz vīrusiem
Q-MIC rezultāti, kas publicēti 2016. gadā. Zinātne AvansaViņi skaidri norāda, ka šī kvantu apgaismojuma stratēģija nav tikai teorētisks kuriozs. Paredzētie pielietojumi aptver tik dažādas jomas kā... Materiālzinātne, caurspīdīgu virsmu analīze elastīgai elektronikai vai smalku pārklājumu pārbaudei.
Turklāt viņu spēja strādāt ar nelielas gaismas devas Tas padara to par ideālu kandidātu īpaši jutīgu mikroorganismu, piemēram, noteiktu vīrusu, un molekulu, kas viegli noārdās intensīvā apgaismojumā, pētīšanai. Tā pielietojums ir paredzēts arī tādās jomās kā kvantu kriptogrāfija un droša komunikācijakur galvenais ir precīzi kontrolēt sapinušos fotonus.
Q-MIC mikroskops parāda, ka, pareizi izmantojot sapīšanos, mēs varam uzlabot katra fotona iegūtās informācijas kvalitātisamazinot troksni un palielinot precizitāti, nepalielinot gaismas devu.
Paralēli Caltech QMC tipa metodēm, Q-MIC pastiprina ideju, ka Nākamā lielā revolūcija mikroskopijā ir kvantu optikane tikai būvējot lielākus mērķus vai jaudīgākus lāzerus.
4D kvantu elektronu mikroskopija: gaismas redzēšana fotoniskos kristālos
Kvantu revolūcija attēlveidošanā neaprobežojas tikai ar redzamo gaismu vai īpaši aukstām gāzēm. Izraēlā pētnieki no Technion – Izraēlas Tehnoloģiju institūts Viņi ir izstrādājuši a īpaši ātrs 4D elektronu mikroskops kas ļauj tieši novērot fotoniskos kristālos iesprostotās gaismas plūsmu, ko līdz šim varēja pētīt tikai ar datorsimulācijām.
Šī sistēma, kas pirmo reizi tika aprakstīta žurnālā Nature, tiek uzskatīta par vienu no pasaulē vismodernākie tuvā lauka optiskie mikroskopilai gan tā tehnoloģiskais kodols ir balstīts uz īpaši ātras transmisijas elektronmikroskopu ar unikālām iespējām.
Profesora vadītā komanda Ido Kaminers ir izveidojusi eksperimentālu platformu, kurā Īpaši īsi gaismas impulsi (mazāk nekā 100 femtosekundes) ierosina paraugu Elektronu impulsi, kas paātrināti līdz spriegumam no 40 kV līdz 200 kV, to zondē, lai fiksētu tā pārejas stāvokli. Citiem vārdiem sakot, paraugs tiek "apgaismots" un "fotografēts" ar elektroniem neticami īsos laika intervālos.
Ar šo konfigurāciju ir iespējams nanomateriālos (piemēram, fotoniskos kristālos) ierobežotas gaismas un brīvo elektronu mijiedarbības kartēšana, piekļūstot informācijai par optisko lauku dinamiku ar vēl nebijušu telpisko un laika izšķirtspēju.
Praktiskais rezultāts ir tāds, ka zinātnieki pirmo reizi var tieši novērot, kā gaisma uzvedas, kad tā ir iesprostota un vadīta fotoniskās struktūrāsTā vietā, lai to secinātu tikai no modeļiem un simulācijām, tas paver jaunu lauku kvantu materiālu un fotonisko ierīču ar optimizētām īpašībām projektēšanai, piemēram, kvantu bitu (kubitu) uzglabāšanai ar lielāku stabilitāti.
Brīvo elektronu viļņu paketes un jaunas kvantu parādības
Šī progresa pamatā ir fizika īpaši ātra mijiedarbība starp brīvajiem elektroniem un gaismuTradicionāli kvantu elektrodinamika (QED) ir pētījusi, kā kvantu matērija — atomi, kvantu punkti, supravadošas shēmas utt. — mijiedarbojas ar gaismas režīmiem, kas ierobežoti dobumos. Tā ir daudzu pašreizējo kvantu tehnoloģiju konceptuālā bāze.
Tomēr šajās sistēmās elektroni ir saistīti un to enerģijas stāvokļi, spektrālais diapazons un atlases noteikumi ir ļoti ierobežoti. Jaunākie sasniegumi ir koncentrējušies uz citu vienību: brīvo elektronu kvantu viļņu paketesAtšķirībā no saistītajiem elektroniem, šīs paketes var aptvert plašu enerģijas diapazonu un izpētīt daudz daudzveidīgākas mijiedarbības.
Problēma bija tā, ka, neskatoties uz vairākiem teorētiskiem paredzējumiem par aizraujošiem efektiem fotonu dobumos brīvajiem elektroniem, Neviens nebija spējis pārliecinoši novērot šīs parādības, elektronu un ierobežotas gaismas mijiedarbības stipruma un ilguma fundamentālu ierobežojumu dēļ.
Technion mikroskops pārvar šo šķērsli, ļaujot lai tieši, izmantojot elektronu kvantu dabu, ierakstītu tuvā lauka optiskās kartesGalvenais pierādījums ir Rabi tipa svārstību novērošana elektroniskajā spektrā, ko nevar izskaidrot ar tīri klasiskām teorijām.
Efektīvākas fotonu nesaturošas elektronu mijiedarbības, kas tiek pētītas ar šo sistēmu, varētu novest pie spēcīgas saiknes, fotonu sintēze īpašos kvantu stāvokļos un nelineāras parādības nepieredzēts. Tas viss nāktu par labu gan elektronu mikroskopijai (piemēram, darbam ar zemām devām uz jutīgiem materiāliem), gan citām brīvo elektronu fizikas jomām.
Turklāt iegūtās zināšanas palīdzēs Uzlabojiet asumu un krāsu kontrastu pašreizējos ekrānos, piemēram, uz QLED tehnoloģijas (kvantu punktu) bāzes, jau izstrādājot vienmērīgākus nano/kvantu materiālus, kas nodrošina vēl labāku attēla izšķirtspēju.
Kopā ņemot, šo pētījumu virzienu — QMC Caltech, Q-MIC Eiropā, QUIONE un Technion 4D mikroskopa — summa rada priekšstatu, kurā Mikroskopija kļūst par dziļi kvantu disciplīnuspējīga attēlot, kontrolēt un pat simulēt matēriju mērogos, kas iepriekš bija tikai teorētisks sapnis.
Visa šī ekosistēma jauni kvantu mikroskopi Tas iezīmē pagrieziena punktu: vairs nav tikai jāredz mazākā mērogā, bet gan jāredz citādi, izmantojot tādas parādības kā sapīšanās, tunelēšana, koherence un daudzdaļiņu interference, lai iegūtu informāciju, kas pirms dažām desmitgadēm nebija iedomājama. Šīm tehnoloģijām attīstoties un pārsniedzot laboratorijas robežas, tiek sagaidīts, ka tās pārveidos medicīnu, elektroniku, materiālzinātni un plašākā nozīmē mūsu izpratni par realitātes dziļākajiem līmeņiem.
