Ефективне поєднання. Квантовий комп’ютер може значно підвищити точність електронних мікроскопів

Про це пише видання SciTechDaily.

Проблема особливо актуальна під час дослідження біологічних об'єктів, наприклад окремих білків. Щоб отримати чіткіше зображення, звичайний електронний мікроскоп пропускає через зразок більше електронів. Але висока доза може пошкодити матеріал ще до того, як вдасться отримати достатньо даних.

Дослідники з Віденського технічного університету, Віденського університету, Університету Йоганна Кеплера в Лінці та Інсбруцького університету запропонували інший підхід. Вони хочуть не просто фіксувати електрони, а використовувати додаткову квантову інформацію, яку несуть ці частинки.

Для цього вздовж шляху електронного пучка планують розмістити захоплені іони. Вони є частиною квантового комп’ютера та можуть взаємодіяти з електронами, що пролітають повз.

Під час такої взаємодії між електроном та іоном може виникати квантова заплутаність. Простими словами, вони переходять у спільний квантовий стан, завдяки чому інформація про електрон може залишатися в квантовій системі навіть після того, як сам електрон продовжить рух через мікроскоп.

Це дає змогу накопичувати інформацію від багатьох електронів і об'єднувати її за допомогою спеціальних квантових алгоритмів. За задумом учених, таким способом можна посилити слабкі сигнали, які у звичайному вимірюванні губляться серед статистичного шуму.

«Сьогодні ми можемо отримувати зображення деталей на атомному рівні. Однак для цього потрібна велика кількість електронів, а не кожен зразок витримує таке опромінення», — пояснив Філіп Хазлінгер із Віденського технічного університету.

Ключова відмінність нового підходу полягає саме в обробці даних. Звичайний мікроскоп переважно визначає, скільки електронів досягло детектора. Запропонована система має додатково використовувати квантові властивості цих частинок, щоб витягувати з вимірювань більше інформації.

Дослідники вважають, що це може бути особливо корисним для зразків, які швидко пошкоджуються під дією електронного променя. Серед них — окремі білки та інші біологічні структури.

Поки що переваги системи підтверджені лише математичними розрахунками. Наступним етапом стане експериментальна перевірка.

У Віденському технічному університеті планують поєднати електронний мікроскоп Центру трансмісійної електронної мікроскопії з іонним квантовим комп’ютером, розробленим групою Філіпа Шиндлера в Інсбруцькому університеті.

Якщо експеримент підтвердить розрахунки, технологія може дозволити отримувати потрібні дані за меншої кількості електронів. Це, своєю чергою, може розширити можливості електронної мікроскопії під час роботи з особливо чутливими зразками.