Обычные микроскопы «смотрят» на крошечные объекты с помощью пучка электронов — чем их больше, тем четче изображение. Но чувствительные образцы, например, биологические, нельзя слишком долго облучать, иначе они повредятся. Проблема в том, что каждый электрон несет больше информации, чем просто факт своего попадания на детектор — у него есть квантовые свойства, которые раньше просто игнорировались.
Ученые из Австрии предложили соединить электронный микроскоп с квантовым компьютером. Электроны в пучке взаимодействуют с ионами — заряженными атомами — в квантовом компьютере. Благодаря этому между электронами и ионами создается квантовая запутанность: состояние одного связано с состоянием другого, даже если они разделены. Так постепенно накапливается квантовая информация от множества электронов. Затем с помощью специальных квантовых алгоритмов эта информация обрабатывается так, чтобы получить максимально четкий сигнал, даже если электронов было мало.
Получается, что каждый электрон работает «на полную», и не нужно бомбардировать образец тысячами частиц. Это как если бы вы могли понять содержание книги, прочитав не каждое слово, а только ключевые фразы, но благодаря умной обработке все равно восстановили бы весь смысл.
Такой подход позволяет преодолеть ограничения классической физики, где точность зависит только от количества частиц. Квантовая физика дает возможность «выжать» из процесса намного больше.
Сейчас метод доказан теоретически, и следующий шаг — построить такой микроскоп в лаборатории. Ученые планируют объединить ионный квантовый компьютер с электронным микроскопом в Вене. Это станет важным шагом к новому поколению микроскопов, способных видеть больше, не повреждая хрупкие образцы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что дешевая технология показала то, что не видели дорогие микроскопы.