Los fotones entrelazados se pueden utilizar para mejorar las técnicas de medición y obtención de imágenes. Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF en Jena ha desarrollado una solución de imágenes cuánticas que puede facilitar información muy detallada sobre muestras de tejido utilizando rangos espectrales extremos y menos luz.

Si bien las técnicas de análisis óptico como la microscopía y la espectroscopía son extremadamente eficientes en rangos de longitud de onda visible, alcanzan rápidamente sus límites en el rango de infrarrojos o terahercios. Ese, sin embargo, es precisamente donde se esconde información valiosa. Por ejemplo, bio-sustancias como proteínas, Los lípidos y otros componentes bioquímicos se pueden distinguir en función de sus vibraciones moleculares características. Estas vibraciones son estimuladas por luz en el rango del infrarrojo medio a terahercios y son muy difíciles de detectar con técnicas de medición convencionales. "Si estos movimientos pudieran ser capturados o inducidos, sería posible ver exactamente cómo ciertas proteínas, los lípidos y otras sustancias se distribuyen en muestras de células. Por ejemplo, algunos tipos de cáncer tienen una concentración o expresión característica de ciertas proteínas. Esto significaría que la enfermedad podría detectarse y tratarse de manera más eficiente. Un conocimiento más preciso de la distribución de sustancias biológicas podría aportar importantes avances en la investigación de medicamentos, así como, "dice el investigador cuántico Dr. Markus Gräfe de Fraunhofer IOF.

Fotones entrelazados:gemelos pero diferentes

Pero, ¿cómo se puede hacer visible la información de estos rangos extremos de longitud de onda? El efecto mecánico cuántico del entrelazamiento de fotones está ayudando a los investigadores, permitiéndoles aprovechar haces de luz gemelos con diferentes longitudes de onda. En una configuración interferométrica, se envía un rayo láser a través de un cristal no lineal en el que genera dos rayos de luz entrelazados. Estos dos haces pueden tener longitudes de onda muy diferentes dependiendo de las propiedades del cristal, pero todavía están conectados entre sí debido a su enredo.

"Y ahora, mientras que un haz de fotones en el rango infrarrojo invisible se envía al objeto para iluminación e interacción, su haz gemelo en el espectro visible es capturado por una cámara. Dado que las partículas de luz entrelazadas llevan la misma información, se genera una imagen a pesar de que la luz que llega a la cámara nunca interactuó con el objeto real, "explica Gräfe. El gemelo visible esencialmente proporciona una idea de lo que está sucediendo con el gemelo invisible.

El mismo principio también se puede utilizar en el rango espectral ultravioleta:la luz ultravioleta daña fácilmente las células, por lo que las muestras vivas son extremadamente sensibles a esa luz. Esto limita significativamente el tiempo disponible para investigar, por ejemplo, Procesos celulares que duran varias horas o más. Dado que menos luz y dosis más pequeñas de radiación penetran en las células de los tejidos durante la obtención de imágenes cuánticas, se pueden observar y analizar en alta resolución durante períodos más prolongados sin destruirlos.

Montaje pequeño y estructuras diminutas

"Somos capaces de demostrar que todo el proceso complejo se puede llevar a cabo de forma robusta, compacto y portátil, "dice Gräfe. Los investigadores están trabajando actualmente para hacer que el sistema sea aún más compacto, encogiéndolo al tamaño de una caja de zapatos, y mejorar aún más su resolución. El siguiente paso que esperan lograr es, por ejemplo, un microscopio de barrido cuántico. En lugar de capturar la imagen con una cámara de campo amplio, será escaneado, similar a un microscopio de barrido láser. Los investigadores esperan que esto produzca resoluciones aún más altas de menos de un micrómetro (1 µm), permitiendo el examen de estructuras dentro de células individuales con mayor detalle. De media, una celda mide aproximadamente diez micrómetros de tamaño. A largo plazo, Quieren que las imágenes cuánticas se integren en los sistemas de microscopía existentes como tecnología básica, reduciendo así las barreras para los usuarios de la industria.

El demostrador es uno de los resultados del proyecto QUILT del faro de Fraunhofer, que reúne la experiencia en óptica cuántica de los Institutos Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF, para técnicas de medición física IPM, para circuitos y sistemas microelectrónicos IMS, para Matemáticas Industriales ITWM, de la optrónica, Tecnologías de sistemas y exposición de imágenes IOSB y para tecnología láser ILT.