Výzkumníci z TU Wien, University of Vienna, JKU Linz a University of Innsbruck navrhli elektronový mikroskop propojený s kvantovým počítačem. Cílem je využít nejen počet elektronů dopadajících na vzorek, ale také jejich kvantové vlastnosti. Výsledkem by mohl být kvalitnější obraz při menším ozáření vzorku. To je důležité zejména u materiálů, které se při dlouhém působení elektronového svazku poškozují.
Elektronová mikroskopie vytváří obraz pomocí svazku elektronů, jejichž chování po průchodu vzorkem zaznamenává detektor. Elektrony umožňují zobrazovat velmi malé struktury, při interakci se vzorkem však mohou narušovat chemické vazby, zahřívat materiál nebo v něm vytvářet další poškození. U citlivých biologických vzorků proto počet elektronů představuje praktické omezení: čím více jich mikroskop použije, tím silnější signál obvykle získá, ale tím větší může být i poškození.
Informace uložená v kvantovém stavu
Navrhovaná metoda počítá s tím, že elektrony budou během průchodu mikroskopem interagovat s ionty uvězněnými v elektrickém poli. Uvězněné ionty tvoří základ takzvaného iontového kvantového počítače. Kvantový bit neboli qubit je jednotka informace, která může být v superpozici několika stavů; na rozdíl od běžného bitu tedy není omezena pouze na hodnotu nula nebo jedna.
Interakce může podle autorů vytvořit kvantové provázání mezi elektronem a iontem. Kvantové provázání znamená, že stav částic není možné popsat zcela odděleně, protože jejich měřitelné vlastnosti spolu souvisejí. Po průchodu dalšího elektronu by kvantový počítač opakoval vhodné operace a postupně spojoval informace nesené jednotlivými elektrony. Záměrem je zesílit užitečný signál účinněji, než dovoluje prosté klasické sčítání zaznamenaných částic.
Studie nazvaná Coupling free electrons to a trapped-ion quantum computer byla přijata k publikaci v časopise Physical Review Letters. Autoři v ní matematicky ukázali, jak by propojení volných elektronů s iontovým kvantovým počítačem mohlo fungovat. Nejde tedy ještě o výsledek měření skutečného vzorku ani o hotový mikroskop. Tým nyní přístroj buduje v zařízení TU Wien pro transmisní elektronovou mikroskopii a plánuje do něj zapojit iontový kvantový počítač vyvíjený skupinou z University of Innsbruck.
Praktický přínos bude záviset na tom, zda se podaří udržet kvantový stav dostatečně dlouho a přesně synchronizovat průchod elektronů s operacemi kvantového počítače. Návrh proto zatím neprokazuje, že nový přístup už dokáže zobrazovat biologické molekuly s menším poškozením. Ukazuje ale konkrétní cestu, jak při elektronové mikroskopii zpracovávat více vlastností částic než jen jejich počet a dopad na detektor.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.