คุณคงเคยเห็นภาพของนักวิทยาศาสตร์ส่องกล้องจุลทรรศน์ มองดูวัตถุที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า อันที่จริง กล้องจุลทรรศน์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการทำความเข้าใจชีวิตของเรา สิ่งเหล่า นี้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับเทคโนโลยีชีวภาพและการแพทย์ เช่น ในการตอบสนองต่อโรคต่างๆ เช่นCOVID-19 อย่างไรก็ตาม กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ดีที่สุดได้ทำลายอุปสรรคพื้นฐานแล้ว แสงเลเซอร์สว่างที่ใช้ในการส่องวัตถุขนาดเล็กก็สามารถทำลายพวกมันได้เช่นกัน
ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature วันนี้ทีมนักวิจัยชาวออสเตรเลีย
และเยอรมันของเราได้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีควอนตัมสามารถแก้ปัญหาได้ เราสร้างกล้องจุลทรรศน์ควอนตัมที่สามารถตรวจสอบตัวอย่างทางชีววิทยาได้อย่างนุ่มนวลมากขึ้น ซึ่งทำให้เราสามารถสังเกตโครงสร้างทางชีววิทยาที่ไม่สามารถมองเห็นได้
การสร้างกล้องจุลทรรศน์ที่หลบเลี่ยงความเสียหายเหมือนกับของเราถือเป็นหลักชัยสำคัญที่รอคอยมาอย่างยาวนานในแผนงานเทคโนโลยีควอนตัมระหว่างประเทศ แสดงถึงก้าวแรกสู่ยุคใหม่ที่น่าตื่นเต้นสำหรับกล้องจุลทรรศน์ และเทคโนโลยีการตรวจจับที่กว้างขึ้น
กล้องจุลทรรศน์มีประวัติอันยาวนาน พวกเขาคิดว่าได้รับการประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรกโดยZacharias Janssen ผู้ผลิตเลนส์ชาวดัตช์ ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่สิบเจ็ด เขาอาจใช้มันเพื่อปลอมแปลงเหรียญ จุดเริ่มต้นที่เป็นตารางหมากรุกนี้นำไปสู่การค้นพบแบคทีเรีย เซลล์ และโดยพื้นฐานแล้วจุลชีววิทยาทั้งหมดตามที่เราเข้าใจในตอนนี้
การประดิษฐ์เลเซอร์ล่าสุดให้แสงชนิดใหม่ที่เข้มข้น สิ่งนี้ทำให้แนวทางใหม่ในการใช้กล้องจุลทรรศน์เป็นไปได้ กล้องจุลทรรศน์แบบเลเซอร์ช่วยให้เรามองเห็นชีววิทยาด้วยรายละเอียดที่ประณีตอย่างแท้จริง ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความหนาของเส้นผมมนุษย์ถึง 10,000 เท่า พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2014และได้เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเซลล์และโมเลกุล เช่น DNA ภายในเซลล์เหล่านั้น
อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไมโครสโคปประสบปัญหาสำคัญ คุณภาพที่ทำให้พวกเขาประสบความสำเร็จ – ความเข้มข้นของพวกเขา – ก็คือส้นเท้าของ Achilles เช่นกัน กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์ที่ดีที่สุดใช้แสงที่สว่างกว่าแสงอาทิตย์บนโลกหลายพันล้านเท่า อย่างที่คุณอาจจินตนาการว่าสิ่งนี้อาจทำให้ผิวไหม้แดดได้!
ในกล้องจุลทรรศน์แบบเลเซอร์ ตัวอย่างทางชีวภาพสามารถป่วย
หรือตายได้ในไม่กี่วินาที คุณสามารถดูสิ่งนี้ได้แบบเรียลไทม์ในภาพยนตร์ของเซลล์ไฟโบรบลาสต์ด้านล่าง ถ่ายโดย Michael Taylor สมาชิกในทีมของเรา
สิ่งกีดขวางเป็นความสัมพันธ์ที่ผิดปกติระหว่างอนุภาค ในกรณีของเราระหว่างโฟตอนที่ประกอบกันเป็นลำแสงเลเซอร์ เราใช้มันเพื่อฝึกโฟตอนที่ออกจากกล้องจุลทรรศน์ให้ทำงานด้วยตัวเอง มาถึงเครื่องตรวจจับอย่างเป็นระเบียบเรียบร้อย ซึ่งช่วยลดเสียงรบกวน
กล้องจุลทรรศน์แบบอื่นจำเป็นต้องเพิ่มความเข้มของแสงเลเซอร์เพื่อปรับปรุงความชัดเจนของภาพ ด้วยการลดสัญญาณรบกวน เราสามารถปรับปรุงความคมชัดโดยไม่ต้องทำสิ่งนี้ อีกทางหนึ่ง เราสามารถใช้เลเซอร์ที่มีความเข้มน้อยกว่าเพื่อสร้างประสิทธิภาพของกล้องจุลทรรศน์เท่าเดิม
ความท้าทายที่สำคัญคือการสร้างควอนตัมพัวพันที่สว่างเพียงพอสำหรับกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์ เราทำสิ่งนี้โดยเน้นโฟตอนเป็นพัลส์เลเซอร์ที่ยาวเพียงไม่กี่พันล้านวินาที สิ่งนี้ทำให้เกิดความยุ่งเหยิงที่สว่างกว่าที่เคยใช้ในการถ่ายภาพถึง 1,000 พันล้านเท่า
เมื่อใช้ในกล้องจุลทรรศน์ แสงเลเซอร์ที่พันกันของเราให้ความคมชัดของภาพดีกว่าปกติถึง 35% โดยไม่ทำลายตัวอย่าง เราใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อถ่ายภาพการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในเซลล์ที่มีชีวิต สิ่งนี้ทำให้เราเห็นรายละเอียดโครงสร้างที่อาจมองไม่เห็นด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม
การปรับปรุงสามารถดูได้จากภาพด้านล่าง ภาพเหล่านี้ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์ของเรา แสดงการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในเซลล์ยีสต์ส่วนหนึ่ง ภาพซ้ายใช้การพัวพันด้วยควอนตัม ในขณะที่ภาพขวาใช้แสงเลเซอร์ทั่วไป อย่างที่ฉันหวังว่าคุณจะเห็นด้วย ภาพควอนตัมนั้นชัดเจนขึ้น โดยบริเวณที่เก็บไขมันไว้ภายในเซลล์ (ก้อนสีเข้ม) และผนังเซลล์ (โครงสร้างครึ่งวงกลม) จะมองเห็นได้ชัดเจนกว่า
สิ่งกีดขวางถูกใช้โดยสถาบันการเงินและหน่วยงานของรัฐเพื่อสื่อสารกับการรักษาความปลอดภัยที่รับประกัน นอกจากนี้ยังเป็นหัวใจสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งGoogleแสดงให้เห็นในปี 2019 สามารถทำการคำนวณที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบันจะทำไม่ได้
เซ็นเซอร์ควอนตัมคือชิ้นส่วนสุดท้ายของปริศนานี้ พวกเขาคาดว่าจะปรับปรุงทุกแง่มุมของวิธีที่เรามองโลก ตั้งแต่การนำทางที่ดีขึ้นไปจนถึงการดูแลสุขภาพที่ดีขึ้นและการวินิจฉัยทางการแพทย์
ประมาณ หนึ่งปีที่ผ่านมา มีการติดตั้งควอนตัมพัวพันในหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงระดับกิโลเมตร สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับวัตถุขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างออกไปในอวกาศได้
งานของเราแสดงให้เห็นว่าสิ่งกีดขวางสามารถให้ข้อได้เปรียบในการตรวจจับอย่างสมบูรณ์ในขนาดปกติและเทคโนโลยีที่แพร่หลาย สิ่งนี้อาจมีการแตกแขนงออกไปมาก ไม่เพียงแต่สำหรับ กล้องจุลทรรศน์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงแอปพลิเคชันอื่นๆ อีกมากมาย เช่นการระบุตำแหน่งบนพื้นโลกเรดาร์และการนำทาง
