La Teknologjia kuantike po revolucionarizon mënyrën se si e shohim botën mikroskopikeAjo që disa dekada më parë dukej si fantastiko-shkencore - të shohësh qelizat e gjalla me detaje ekstreme pa i dëmtuar ato, të ndjekësh lëvizjen e dritës së bllokuar në një kristal ose të fotografosh atomet një nga një - po fillon të bëhet rutinë në laboratorët kryesorë në të gjithë botën.
Falë të rejave mikroskopë kuantikë të aftë për të kapërcyer kufijtë klasikë të rezolucionitShkencëtarët po thyejnë barrierat që kanë përcaktuar kufijtë e asaj që është e mundur për më shumë se një shekull. Nga mikroskopia optike e qelizave të gjalla bazuar në fotone të ngatërruara te simulatorët kuantikë të gazrave ultra të ftohtë dhe mikroskopët elektronikë 4D, qëllimi i përbashkët është i qartë: të nxirret shumë më tepër informacion me më pak dritë ose doza më të ulëta rrezatimi, dhe të shihen struktura që më parë ishin fjalë për fjalë të padukshme.
Limiti klasik i rezolucionit dhe pse drita normale nuk është e mjaftueshme
Në një mikroskop optik konvencional, Aftësia për të dalluar detajet më të imëta është e kufizuar nga gjatësia e valës së dritës. që përdoret. Si rregull i përgjithshëm, vetëm strukturat madhësia e të cilave është të paktën afërsisht gjysma e asaj gjatësie vale mund të dallohen.
Kjo nënkupton që, duke përdorur dritën standarde të dukshme, ekziston një pikë në të cilën Nuk mund ta përmirësosh vazhdimisht rezolucionin thjesht duke shtuar më shumë zmadhim.Mund të afrohemi më shumë, po, por detajet fillojnë të turbullohen sepse natyra e dritës si valë vepron si një tavan fizik.
Një mënyrë e qartë për të shkuar më tej është të përdorni dritë me një gjatësi vale më të shkurtërsiç është vjollca ose edhe ultravjollca (UV). Sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës, aq më të vogla janë detajet që mikroskopi mund të dallojë. Megjithatë, kjo vjen me një kompromis të rëndësishëm: këto rrezatime mbartin më shumë energji dhe mund të dëmtojnë ose vrasin qelizat e gjalla dhe molekulat delikate, diçka e papranueshme në biologjinë qelizore, mjekësi ose në shumë eksperimente me precizion të lartë.
Studiuesit janë përballur me këtë ekuilibër për vite me radhë: Nëse intensiteti i dritës zvogëlohet për të shmangur skuqjen e mostrës, imazhi bëhet i zhurmshëm.Humbet kontrastin dhe detajet kritike. Nëse intensiteti rritet shumë ose përdoret rrezatim shumë energjik, mostra pëson dëmtime të pakthyeshme. Këtu hyjnë në lojë idetë e fizikës kuantike.
Optika tradicionale dështon kur përpiqet të balancojë dritën e ulët, ndjeshmërinë e lartë dhe rezolucionin ekstrem. Në këtë skenar, përdorimi i dritë kuantike e përgatitur me kujdes, siç janë çiftet e fotoneve të ngatërruaraNa lejon të anashkalojmë disa nga këto kufizime dhe të hapim një dritare krejtësisht të re drejt botës mikro dhe nano.
Midis veprimit "të frikshëm" dhe imazhit të përsosur: ngatërresa kuantike
Një nga fenomenet më të habitshme në fizikën moderne është ngatërresa kuantikeSipas mekanikës kuantike, dy grimca mund të lidhen aq ngushtë sa gjendja e njërës është e lidhur me atë të tjetrës, pavarësisht distancës midis tyre. Albert Ajnshtajni e përshkroi këtë si "veprim të frikshëm në distancë" sepse binte ndesh me intuitën klasike dhe me atë që sugjeronte teoria e tij e relativitetit.
Në kontekstin e mikroskopisë, kjo ndërthurje përkthehet në çifte fotonesh të ngatërruara, të njohura si bifotoneNga një këndvështrim kuantik, një bifoton sillet pothuajse si një grimcë e vetme e përbërë, impulsi i së cilës është afërsisht dyfishi i atij të një fotoni individual.
Mekanika kuantike na kujton se Çdo grimcë ka gjithashtu një karakter të ngjashëm me valënNë këtë kontekst, gjatësia e valës është në përpjesëtim të zhdrejtë me impulsin: sa më i madh impulsi, aq më e shkurtër është gjatësia e valës. Kjo do të thotë që, meqenëse bifotoni ka një impuls efektiv më të madh, vale efektive e saj është afërsisht gjysma të fotoneve të lirshme me të cilat u gjenerua.
I gjithë ky bashkëveprim i valëve dhe grimcave është interesant sepse, nëse mund ta bëjmë mikroskopin të funksionojë sikur të ishte duke përdorur një dritë me gjatësi vale ekuivalente me gjysmën eNe mund të shohim detaje dy herë më të vogla pa iu drejtuar në fakt rrezatimeve më energjike ose më agresive për qelizat.
Ky përdorim i zgjuar i ngatërresës kuantike hap derën për teknika që, duke mbajtur fotone me energji të buta (për shembull, rreth 400 nanometra gjatësi vale në diapazonin vjollcë), Ato arrijnë një rezolucion të krahasueshëm me atë të dritës ultravjollcë, por me një kohëzgjatje shumë më të shkurtër., rreth 200 nanometrave, por pa e shkatërruar mostrën.
Mikroskopia kuantike e rastësisë (QMC): dyfishimi i rezolucionit pa skuqur qelizat
Një grup studiuesish nga Instituti Kaliforni i Teknologjisë (Caltech) ka zhvilluar një teknikë të quajtur Mikroskopia Kuantike e Koincidencës (QMC)Kjo metodë, e përshkruar në revistën Nature Communications si "mikroskopia e qelizave kuantike në kufirin e Heisenbergut", premton të dyfishojë rezolucionin e arritshëm me një mikroskop optik konvencional.
Ideja qendrore e QMC është të shfrytëzojë çifte fotonesh të ndërthurura për të formuar bifotoneKëto bifotone sillen si një entitet i vetëm me dyfishin e impulsit dhe, për rrjedhojë, një gjatësi vale efektive më të shkurtër. Kështu, një sistem që përdor dritë 400 nm (në skajin e vjollcës) mund të arrijë një rezolucion të ngjashëm me atë të dritës 200 nm (në ultraviolet të plotë), duke e mbajtur energjinë e depozituar në mostër në një nivel shumë më të menaxhueshëm.
Mësuesi Lihong Wang, profesor i Inxhinierisë Mjekësore dhe Inxhinierisë Elektrike në Caltech dhe autor kryesor i kësaj pune, e përmbledh atë shumë grafikisht: qelizat "nuk shkojnë mirë" me dritën ultravjollcë, por nëse ndriçojmë me 400 nm dhe arrijmë të njëjtin efekt rezolucioni si me 200 nm, Qelizat janë "të lumtura" dhe mikroskopi vazhdon të fitojë në detaje..
Kjo qasje zgjidh dilemën klasike me një të rënë: Nuk është e nevojshme të përdoret dritë jashtëzakonisht energjike për të parë struktura shumë të vogla.Duke manipuluar ngatërresën kuantike dhe mënyrën se si maten përputhjet midis fotoneve të çiftëzuara, sistemi QMC i mundëson mikroskopit të nxjerrë më shumë nga secili foton pa rritur dëmtimin e mundshëm të mostrave të gjalla.
Ndryshe nga mikroskopët tradicionalë, të cilët kapin vetëm detaje të një objekti të krahasueshme në madhësi me gjysmën e gjatësisë së valës së dritës së përdorur, QMC Ju lejon të shihni struktura shumë më të vogla duke përdorur drita më pak të dëmshme.Dhe, për më tepër, e bën këtë me një konfigurim eksperimental që, sipas krijuesve të tij, është tashmë një sistem i zbatueshëm dhe jo vetëm një demonstrim laboratorik i njëhershëm.
Si funksionon QMC hap pas hapi
Për ta sjellë në jetë këtë ide, ekipi i Caltech ndërtoi një pajisje optike në të cilën një lazer ndriçon mbi një kristal të veçantëKy kristal është projektuar për të transformuar një pjesë të vogël të fotoneve incidente në çifte të ngatërruara, bifotone. Për momentin, efikasiteti është shumë i ulët (rreth një për milion fotone), por studiuesit tashmë po punojnë për përmirësimin e kësaj shkalle.
Pasi të gjenerohen, këto bifotone Ato ndahen duke përdorur pasqyra, lente dhe prizma.në mënyrë që dy fotonet që i përbëjnë ato të ndjekin rrugë të ndryshme. Njëri prej tyre kalon nëpër mostrën që duam të vëzhgojmë (quhet foton sinjalizues) dhe tjetri nuk kalon nëpër mostër (është fotoni joaktiv ose joaktiv).
Të dy fotonet vazhdojnë rrugën e tyre përmes optikës së sistemit derisa të arrijnë një detektor të lidhur me një kompjuter. Truku është se kompjuteri Nuk numëron thjesht fotone individuale, por më tepër rastësi midis dy fotoneve të ngatërruara.Bazuar në këtë informacion, imazhi i mostrës rindërtohet, duke përfituar nga natyra e ndërthurur e çiftit.
Ajo që është e habitshme është se, pavarësisht se dikush ndjek rrugë të ndryshme pasi kalon nëpër qelizë ose në një lloj tjetër objekti, Fotonet e ruajnë ngatërresën e tyre dhe sillen si një bifoton. ndërsa ato zbulohen. Sistemi shfrytëzon këtë koherencë kuantike në mënyrë që e tëra të sillet sikur të kishte gjysmën e gjatësisë së valës.
Edhe pse grupe të tjera kishin arritur tashmë të merrnin imazhe me bifotone, ekipi i Wang pohon se kjo është e para konfigurim i detajuar mikroskopik që demonstron një sistem praktik dhe të riprodhueshëmAta kanë zhvilluar një teori rigoroze për të përshkruar procesin, një metodë të shpejtë dhe të saktë për matjen e ngatërresës, dhe kanë demonstruar dobinë e saj në mostra të vërteta biologjike.
Shikoni qelizat e gjalla në më shumë detaje dhe me më pak dëmtime
Ekipi i Caltech përdori mikroskopin e tij kuantik për të merrni imazhe të qelizave kancerogjeneFalë rezolucionit të përmirësuar, ata ishin në gjendje të identifikonin qartë struktura të ndryshme të brendshme që një mikroskop optik klasik, me dritë dhe dozë të krahasueshme, nuk mund t’i zgjidhte.
Gjëja më e habitshme është se Qelizat nuk u dëmtuan ose u shkatërruan gjatë procesit.sepse rrezatimi i përdorur nuk ishte veçanërisht energjik. Magjia qëndron në mënyrën se si shfrytëzohet informacioni kuantik i mbartur nga bifotonet, jo në "bombardimin" e qelizës me fotone gjithnjë e më agresive.
Kjo teknikë shihet si një përparim shumë premtues në Imazheri mjekësore dhe kërkime biomjekësoreTë qenit në gjendje të studiosh qelizat e gjalla, indet apo edhe mikroorganizmat delikatë me një nivel rezolucioni afër limitit të vendosur nga fizika kuantike (i ashtuquajturi limiti i Heisenbergut) pa i shkatërruar ato, hap derën për diagnoza të hershme, monitorim më të mirë të trajtimeve dhe një kuptim më të hollësishëm të proceseve kritike biologjike.
Duke parë përpara, studiuesit po shqyrtojnë mundësinë e përdorin më shumë se dy fotone të ngatërruara për të rafinuar më tej rezolucionin dhe për të optimizuar teknologjinë për të zvogëluar zhurmën në sfond që lidhet me bashkëveprimin e fotoneve me mjedisin. Çdo përmirësim do të rriste më tej cilësinë dhe saktësinë e imazheve të marra.
Paralelisht, ky zhvillim hedh themelet për zbatime në fusha të tilla si informatika kuantike, kriptografia ose projektimi i materialeve të rejaku aftësia për të karakterizuar strukturat në nanoshkalë pa i dëmtuar ato është ari i pastër.
Mikroskopë kuantikë me gaz: ngrirja e atomeve dhe shikimi i tyre një nga një
Ndërkohë, në Evropë është bërë përparim në një front tjetër plotësues: mikroskopë kuantikë të gazrave ultra të ftohtë. Një shembull emblematik është QUIONE, i zhvilluar nga Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) në Castelldefels, i cili është prezantuar në revistën PRX Quantum.
QUIONE funksionon si një "Simulues kuantik" që ftoh atomet e stronciumit në temperatura afër zeros absoluteI organizon ato në një rrjet optik dhe lejon që ato të vëzhgohen individualisht, pothuajse sikur të ishin vezë të vendosura në vrimat e një kutie kartoni, por në një shkallë atomike.
Tradicionalisht, mikroskopët kuantikë të gazit bazoheshin në atome alkali si litiumi ose kaliumitë cilat janë optikisht më të thjeshta për t’u trajtuar. Sjellja e stronciumit - një atom tokësor alkalin me një spektër më kompleks - në regjimin kuantik hap derën për simulimin e materialeve dhe fazave shumë më ekzotike të materies.
Skema është si më poshtë: temperatura e gazit të stronciumit reduktohet në vlera jashtëzakonisht të ulëta për disa milisekonda, duke shkaktuar që atomet të ngadalësohet pothuajse plotësisht dhe bllokohet në një rrjet optiknjë lloj "rrjete" drite e gjeneruar nga lazerët. Çdo vend në rrjet sillet si një pus i vogël energjie ku, me një probabilitet të lartë, do të qëndrojë një atom.
Falë këtij konfigurimi, ekipi ka qenë në gjendje të merrni imazhe atom-për-atom dhe për të studiuar fenomene të tilla si superfluiditeti, në të cilin gazi i stronciumit rrjedh pa viskozitet. Për më tepër, dinamika e atomeve, të cilët "kërcejnë" nga një vend në tjetrin në rrjetë pa pasur nevojë të kapërcejnë barrierat klasike, ilustron drejtpërdrejt të famshmen efekti i tunelimit kuantik.
QUIONE si një procesor kuantik analog dhe laborator i materialeve të reja
QUIONE nuk është vetëm një mikroskop: në thelb është një procesor analog kuantikDuke rregulluar formën e rrjetës optike, intensitetin e lazerëve, bashkëveprimet midis atomeve dhe parametrave të tjerë, studiuesit mund ta “programojnë” sistemin për të imitojnë sjelljen e materialeve komplekse realepor në një mjedis shumë të kontrolluar.
Kjo na lejon të përgjigjemi pyetjeve të vështira, për shembull, Pse disa materiale e përçojnë energjinë elektrike pa humbje? (superpërçueshmëria) në temperatura relativisht të larta, ose si organizohen elektronet në faza topologjike që ende nuk janë kuptuar mirë.
Mundësia e studimit të gazrave të stronciumit me një saktësi të tillë, duke përdorur një mikroskop kuantik të këtij lloji, e bën QUIONE-n një mjet strategjik për zhvillimin e kompjuterëve kuantikë të së ardhmes dhe teknologjitë e lidhura me të. Stronciumi është veçanërisht tërheqës për ndërtimin e orëve atomike ultra të sakta dhe procesorëve kuantikë të fuqishëm, kështu që të kesh një pajisje që lejon manipulimin dhe vizualizimin e tij në shkallën e një atomi të vetëm është një luks i vërtetë shkencor.
Studiues si Leticia Tarruell dhe ekipi i saj theksojnë se Ky lloj simulimi kuantik do të ndihmojë në zbulimin e sistemeve mikroskopike jashtëzakonisht komplekse., duke ofruar të dhëna se si të projektohen materiale të reja me veti të përshtatura, nga superpërçuesit e përmirësuar te izolatorët topologjikë.
Kështu, e gjejmë veten me një familje mikroskopësh kuantikë që jo vetëm e tregojnë botën, por e rikrijojnë atë në miniaturë për ta kuptuar më mirë, diçka që deri vonë dukej e rezervuar për modelet teorike.
Dritë kuantike me intensitet shumë të ulët: projekti evropian Q-MIC
Një tjetër bast i fortë mbi Mikroskopia kuantike vjen nga projekti evropian Q-MICKy projekt, i udhëhequr kryesisht nga ICFO dhe bashkëpunëtorë nga Italia dhe Gjermania, ka qenë në proces që nga viti 2018 për të zhvilluar një mikroskop të aftë të përdorë dritë kuantike me intensitet shumë të ulët për të marrë imazhe me një fushëpamje të gjerë, ndjeshmëri të lartë dhe rezolucion më të mirë se mikroskopët klasikë.
Pajisja Q-MIC dallohet sepse është projektuar posaçërisht për ndriçoni mostrën me çifte fotonesh të ngatërruaraNë vend të dritës konvencionale të përbërë nga shumë fotone të çrregullta, çdo palë fotonesh mbart një sasi informacioni të korreluar në mënyrë të shkëlqyer, duke lejuar që të nxirren më shumë detaje me më pak rrezatim total.
Në aplikimet ku mostra është jashtëzakonisht e ndjeshme - për shembull, proteina të caktuara, viruse, molekula ose inde të gjalla - që kanë dritë me intensitet të ulët që nuk do ta prishë eksperimentin Është thelbësore. Problemi, si gjithmonë, është se ulja e intensitetit rrit zhurmën relative në imazh, e cila zakonisht e turbullon rezultatin.
Q-MIC e kapërcen këtë pengesë duke përdorur modelet e interferencës të gjeneruara nga fotonet e ngatërruaraNë vend që thjesht të regjistrojë se sa fotone arrijnë në secilin piksel, kamera zbulon çifte fotonesh që përputhen duke kaluar nëpër sistemin optik dhe i merr mostrat e tyre, dhe ky informacion përdoret për të rindërtuar imazhin duke përdorur algoritme të përparuara matematikore.
Falë kësaj qasje, studiuesit kanë treguar se është e mundur zvogëlon zhurmën dhe rrit ndjeshmërinë e matjeve me më shumë se 25% krahasuar me teknikat klasike, duke i mbajtur dozat e lehta shumë poshtë niveleve të zakonshme.
Interferenca, pllakat Savart dhe rindërtimi i imazhit
Zemra optike e Q-MIC përfshin një sërë Pjata Savartkristale birefringente të afta për të ndarë një rreze drite në dy rreze me polarizime të ndryshme (horizontale dhe vertikale) që përshkojnë shtigje paksa të ndryshme, dhe elementë udhëzues të ngjashëm me ato të përdorura në sisteme me fibra optike.
Kur çifte fotonesh të ngatërruara kalojnë nëpër këtë sistem, pllakat Savart Ato i ndajnë shtigjet e tyre dhe i drejtojnë drejt mostrësNëse mostra është krejtësisht e sheshtë dhe homogjene, shtigjet e fotoneve mbeten pothuajse identike. Por nëse ka ndryshime në trashësi, indeks refraktiv ose karakteristika të tjera, gjenerohen ndryshime fazore të cilat, kur rrezet rikombinohen, krijojnë modele komplekse interference.
Kamera e mikroskopit nuk mat nivelet e intensitetit optik në mënyrën e zakonshme, por përkundrazi regjistron rastësitë e mbërritjes së fotoneve në pika të ndryshme në fushën e shikimit. Duke e përsëritur procesin shumë herë, grumbullohet një model interference me dy fotone, duke koduar informacionin rreth strukturës së imët të mostrës.
Me ndihmën e algoritmeve të rindërtimit, bazuar në teknikat matematikore dhe të përpunimit të sinjalit, shkencëtarët Ata i transformojnë këto modele në imazhe të detajuara.pa pasur nevojë për një sistem skanimi pikë-në-pikë. Kjo lejon mbulimin e fushave relativisht të gjera të shikimit me ndjeshmëri të lartë dhe rezolucion të mirë, gjë që është shumë e dobishme për analizimin e sipërfaqeve dhe mostrave të zgjeruara.
Për të verifikuar përmirësimin, ata morën një mostër standarde e proteinës A Mostra u vendos në një lamë qelqi me qeliza të barabarta. Ajo u ndriçua fillimisht me dritë klasike dhe më pas me dritë kuantike. Në të dyja rastet u morën modele interference dhe imazhet u rindërtuan. Rezultati ishte i qartë: me dritën kuantike, imazhi ishte shumë më i lëmuar, me më pak zhurmë dhe skaje më të përcaktuara të strukturave.
Aplikimet Q-MIC: nga materialet fleksibile te viruset
Rezultatet e Q-MIC, të botuara në Përparimet ShkencaAta e bëjnë të qartë se kjo strategji e ndriçimit kuantik nuk është vetëm një kuriozitet teorik. Zbatimet e pritura përfshijnë fusha aq të ndryshme sa... Shkenca e materialeve, analiza e sipërfaqeve transparente për elektronikën fleksibile ose inspektimi i veshjeve delikate.
Për më tepër, aftësia e tyre për të punuar me doza të vogla drite Kjo e bën atë një kandidat ideal për studimin e mikroorganizmave ultrasensitive, siç janë viruset e caktuara, dhe molekulat që degradojnë lehtësisht nën dritën intensive. Zbatimi i tij parashikohet gjithashtu për zonat e Kriptografia kuantike dhe komunikimet e sigurtaku kontrolli i imët i fotoneve të ngatërruara është çelësi.
Mikroskopi Q-MIC tregon se, duke shfrytëzuar siç duhet ngatërresën, ne mundemi përmirësojnë cilësinë e informacionit të nxjerrë nga secili fotonduke zvogëluar zhurmën dhe duke rritur saktësinë pa pasur nevojë të rritet doza e dritës.
Paralelisht me teknikat e tipit QMC të Caltech, Q-MIC përforcon idenë se Revolucioni i madh i radhës në mikroskopi qëndron në optikën kuantikejo vetëm duke ndërtuar objektiva më të mëdhenj ose lazerë më të fuqishëm.
Mikroskopia kuantike elektronike 4D: duke parë dritën e bllokuar në kristalet fotonike
Revolucioni kuantik në imazhe nuk kufizohet vetëm në dritën e dukshme ose gazrat ultra të ftohtë. Në Izrael, studiuesit nga Technion – Instituti i Teknologjisë i Izraelit Ata kanë zhvilluar një mikroskop elektronik ultra i shpejtë 4D gjë që lejon vëzhgimin e drejtpërdrejtë të rrjedhës së dritës së bllokuar brenda kristaleve fotonike, diçka që deri më tani mund të studiohej vetëm përmes simulimeve kompjuterike.
Ky sistem, i përshkruar për herë të parë në revistën Nature, konsiderohet si një nga mikroskopët optikë me fushë të afërt më të përparuar në botëmegjithëse bërthama e saj teknologjike bazohet në një mikroskop elektronik transmetues ultra të shpejtë me aftësi unike.
Ekipi i udhëhequr nga Profesori Ido Kaminer ka krijuar një platformë eksperimentale ku Pulset ultra të shkurtra të dritës (me kohëzgjatje më të vogël se 100 femtosekonda) e ngacmojnë mostrën. Pulset e elektroneve, të përshpejtuara në tensione midis 40 kV dhe 200 kV, e hetojnë mostrën për të kapur gjendjen e saj kalimtare. Me fjalë të tjera, mostra "ndriçohet" dhe "fotografohet" me elektrone në intervale kohore tepër të shkurtra.
Me këtë konfigurim, është e mundur hartëzimi i ndërveprimeve midis dritës së kufizuar në nanomateriale (si kristalet fotonike) dhe elektroneve të lira, duke aksesuar informacionin mbi dinamikën e fushave optike me rezolucion hapësinor dhe kohor të paparë.
Rezultati praktik është se, për herë të parë, shkencëtarët mund të vëzhgojnë drejtpërdrejt se si sillet drita kur bllokohet dhe drejtohet në strukturat fotonikeNë vend që të duhet ta nxjerrim vetëm nga modelet dhe simulimet, kjo hap një fushë të re për projektimin e materialeve kuantike dhe pajisjeve fotonike me veti të optimizuara, për shembull, për të ruajtur bitë kuantikë (kubit) me stabilitet më të madh.
Paketa të valëve të lira të elektroneve dhe fenomene të reja kuantike
Në themel të këtij përparimi qëndron fizika e Ndërveprime ultra të shpejta midis elektroneve të lira dhe dritësTradicionalisht, elektrodinamika kuantike (QED) ka studiuar se si materia kuantike - atomet, pikat kuantike, qarqet superpërçuese, etj. - bashkëvepron me mënyrat e dritës të kufizuara në zgavra. Është baza konceptuale e shumë teknologjive aktuale kuantike.
Megjithatë, në ato sisteme, elektronet janë të lidhura dhe gjendjet e tyre të energjisë, diapazoni spektral dhe rregullat e përzgjedhjes janë shumë të kufizuara. Përparimet e fundit janë përqendruar në një entitet tjetër: paketa valësh kuantike të elektroneve të liraNdryshe nga elektronet e lidhura, këto paketa mund të përfshijnë një gamë të gjerë energjish dhe të eksplorojnë ndërveprime shumë më të larmishme.
Problemi ishte se, pavarësisht parashikimeve të shumta teorike të efekteve interesante në zgavrat fotonike për elektronet e lira, Askush nuk kishte qenë në gjendje t'i vëzhgonte përfundimisht këto fenomene., për shkak të kufizimeve themelore në forcën dhe kohëzgjatjen e bashkëveprimit midis elektroneve dhe dritës së kufizuar.
Mikroskopi Technion e kapërcen këtë pengesë, duke lejuar për të regjistruar harta optike të fushës së afërt duke përdorur natyrën kuantike të elektroneve direktNjë provë kyçe është vëzhgimi i lëkundjeve të tipit Rabi në spektrin elektronik, një sjellje që nuk mund të shpjegohet nga teoritë thjesht klasike.
Ndërveprimet më efikase të elektroneve pa fotone që po eksplorohen me këtë sistem mund të çojnë në çiftëzime të forta, sintezë fotoni në gjendje kuantike të veçanta dhe fenomene jolineare e paprecedentë. E gjithë kjo do të ishte në dobi si të mikroskopisë elektronike (për shembull, për të punuar me doza të ulëta në materiale të ndjeshme) ashtu edhe të fushave të tjera të fizikës së elektroneve të lira.
Për më tepër, njohuritë e fituara do të ndihmojnë në Përmirësoni mprehtësinë dhe kontrastin e ngjyrave në ekranet aktuale, të tilla si ato të bazuara në teknologjinë QLED (pika kuantike), duke projektuar tashmë materiale më uniforme nano/kuantike që lejojnë përkufizim edhe më të madh të imazhit.
Të marra së bashku, shuma e këtyre linjave të kërkimit - QMC në Caltech, Q-MIC në Evropë, QUIONE dhe mikroskopi 4D i Technion - paraqet një pamje në të cilën Mikroskopia bëhet një disiplinë thellësisht kuantikei aftë për të shfaqur, kontrolluar dhe madje simuluar materien në shkallë që më parë ishin vetëm një ëndërr teorike.
I gjithë ky ekosistem i mikroskopë të rinj kuantikë Kjo shënon një pikë kthese: nuk bëhet më fjalë thjesht për të parë gjëra më të vogla, por për të parë ndryshe, duke shfrytëzuar fenomene si ngatërresa, tunelimi, koherenca dhe ndërhyrja shumëpjesëzore për të nxjerrë informacione të paimagjinueshme disa dekada më parë. Ndërsa këto teknologji përparojnë dhe shkojnë përtej laboratorit, pritet që ato të transformojnë mjekësinë, elektronikën, shkencën e materialeve dhe, më gjerësisht, kuptimin tonë për nivelet më të thella të realitetit.
