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05.07.2021 - 08:000

Sviluppato un microscopio quantistico in grado di vedere l’impossibile

Basato sul principio dell’entanglement il microscopio quantistico è capace di andare oltre ogni tecnologia esistente.

CAMBERRA - Un team di ricercatori dell’Università del Queensland ha creato un microscopio quantistico in grado di rivelare strutture biologiche che altrimenti sarebbero impossibili da vedere. Tale lavoro, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature, è stato supportato dall’Ufficio per la ricerca scientifica dell’aeronautica degli Stati Uniti e dall’Australian Research Council.

Il microscopio si fonda sulla scienza dell’entanglement quantistico, per la precisione su un effetto che Einstein descrisse come “interazione spettrale a distanza”. L’entanglement quantistico è un fenomeno ancora molto misterioso, e non spiegabile con i principi della meccanica classica, per cui due o più particelle rimangono intimamente connesse anche se separate da lunghe distanze. Nel mondo della meccanica quantistica, infatti, le particelle si comportano in maniera differente e, in particolare, vengono meno i concetti classici di località e realismo.

L’uso di normali microscopi ottici nell’ambito dell’imaging biologico presenta un limite dettato dalla natura stessa della luce. I migliori microscopi ottici attualmente adoperati, in effetti, utilizzano laser luminosi ad alta frequenza che sono miliardi di volte più luminosi del sole, motivo per cui però i sistemi biologici fragili, come ad esempio una cellula umana, sono in grado di sopravvivere solo per poco tempo a una tale esposizione.

L’entanglement quantistico alla base del nuovo microscopio va a risolvere proprio questo problema, in quanto è possibile migliorare l’imaging sfruttando correlazioni di fotoni quantistici. Nello specifico, le correlazioni quantistiche consentono l’imaging dei legami molecolari all’interno di una cellula con un rapporto segnale-rumore migliorato del 35% rispetto alla microscopia convenzionale, e ovviamente senza distruggere la cellula. Ciò permette di vedere strutture biologiche minuscole che altrimenti sarebbero invisibili, con una velocità di imaging superiore.

Il professor Warwick Bowen, del Quantum Optics Lab e dell’ATC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQUS), ha affermato che si tratta del primo sensore di questo tipo, basato sull’entanglement, con prestazioni oltre la migliore tecnologia attualmente esistente. “Questa svolta stimolerà tutti i tipi di nuove tecnologie, da migliori sistemi di navigazione a più precise macchine per la risonanza magnetica. Siamo al centro di una rivoluzione quantistica con l’entanglement, avendo dimostrato che i sensori che lo utilizzano possono sostituire la tecnologia tradizionale esistente”.

La Quantum Technologies Roadmap australiana ha quindi come obiettivo stimolare, attraverso la diffusione di sensori quantistici, una nuova ondata d'innovazioni tecnologiche nel settore sanitario, ingegneristico, dei trasporti e delle risorse. In effetti, gli scienziati sono convinti che, grazie alla meccanica quantistica, questo innovativo studio potrebbe trasformare molti ambiti di ricerca. In particolare, tale tecnologia aprirebbe la strada a importanti applicazioni in svariati campi che vanno dalla biotecnologia alla navigazione, dall’informatica fino all’imaging medico.

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