Siêu kính hiển vi lượng tử – giúp quan sát cấu trúc sinh học con người chưa từng thấy

Mới đây các nhà nghiên cứu tại Đại học Queensland đã phát minh ra kính hiển vi lượng tử có thể quan sát các cấu trúc sinh học mà con người chưa từng thấy trước đây. Khám phá này đã giúp mở đường cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học và y học. Đây được coi là thành công với các nhà khoa học từ Đại học Queensland sau quá trình nghiên cứu, Công việc của kính lượng tử được hoạt động dựa vào nguyên lý rối lượng tử, mà bác học Einstein gọi là “tương tác kỳ lạ”.

Kính hiển vi lượng tử

Các kính hiển vi quang học, dụng cụ thường được sử dụng để quan sát các hệ sinh vật học. Sử dụng đồng thời một hoặc hai nguồn sáng khác nhau để chiếu vào mẫu. Bên cạnh đó nó còn phải sử dụng thêm một nguồn sáng công suất lớn nữa để quan sát chi tiết mẫu. Nhưng phương pháp này có giới hạn căn bản là độ chính xác. Đồng thời, nó có thể thu được phụ thuộc và cường độ ánh sáng chiếu vào. Nếu cường độ chiếu sáng quá lớn sẽ phá huỷ tế bào sinh vật đang quan sát.

Thuật ngữ rối lượng tử cho rằng trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể. Nó có liên hệ với nhau dù chúng có cách xa hàng năm ánh sáng. Ví dụ, khi tác động vào một trong hai electron có trạng thái lượng tử liên kết với nhau. Eectron ở đầu kia sẽ cảm ứng được dao động này lập tức

Nhà khoa học Warwick Bowen (Đại học Queensland) cũng nói thêm rằng; những hiểu biết của con người về sự sống hiện nay chủ yếu dựa trên vào chất lượng của các kính hiển vi. Sự hiểu biết của con người bị giới hạn bởi công nghệ. Nó rất khó để phá vỡ các giới hạn hiện nay. Vì chúng ta đã sử dụng ánh sáng với cường độ lớn nhất. Nó có thể mà không phá huỷ các tế bào sống.

Vượt qua giới hạn công nghệ

Trong bối cảnh đó, Bowen và các cộng sự đã tìm ra một phương pháp. Qua đó để vượt qua giới hạn công nghệ này. Họ sử dụng một kính hiển vi với hai nguồn sáng là laser. Tuy nhiên chùm laser được cho đi qua một tinh thể với thiết kế đặc biệt có tác dụng “nén” (squeezes) ánh sáng. Ánh sáng bị “nén” do hiệu ứng tương quan lượng tử.  Giữa các photon ánh sáng – các “hạt” lượng tử của ánh sáng laser.

Warwick Bowen, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Quang học Lượng tử của Đại học Queensland nói đây là cảm biến rối lượng tử tốt nhất mà nhân loại đã từng phát minh ra. “Bước đột phá này sẽ mở đường cho nhiều lĩnh vực công nghệ mới. Giúp tạo ra các thiết bị định vị cũng như máy chụp cộng hưởng từ (MRI) tốt hơn”; giáo sư Bowen chia sẻ.

Ông cho rằng nguyên lý rối là trung tâm của cuộc cách mạng lượng tử. Loại cảm biến biết ứng dụng nó sẽ bỏ xa các công nghệ phi lượng tử hiện tại. Nó sẽ đem lại sự đổi mới trong công nghệ y khoa, khoa học kỹ thuật và cả giao thông. Đội ngũ nghiên cứu đã vượt qua được rào cản lớn nhất của kính hiển vi. Đồng thời, chiếu sáng truyền thống: thời gian quan sát tiêu bản.

Phát triển vượt bậc đối với công nghệ rối lượng tử

“Chiếc kính hiển vi tốt nhất sẽ phải chiếu tia laser với cường độ sáng gấp hàng tỷ lần ánh sáng mặt trời để quan sát mẫu vật. Những vật chất sinh học thông thường như tế bào con người chỉ cầm cự được một thời gian ngắn dưới ánh sáng như vậy, và đây là một trở ngại rất lớn”, giáo sư Bowen cho biết.

Theo ông, công nghệ rối lượng tử sẽ khiến việc quan sát rõ hơn 35% mà không làm ảnh hưởng đến mẫu vật. Đồng thời, ta sẽ có thể thấy những cấu trúc sinh học bé đến mức không tưởng.

Ông Bowen cũng cho rằng kính hiển vi lượng tử sẽ hoàn thiện bộ ba khả năng mà khoa học lượng tử hứa hẹn, gồm tính toán, truyền dữ liệu và ghi nhận hình ảnh. “Khoa học lượng tử mở ra một chương mới cho hàng loạt phát kiến công nghệ”, Giáo sư đại học Queensland nhận định.