Quand vous entendez le mot 'quantique, " vous pouvez imaginer des physiciens travaillant sur une nouvelle théorie révolutionnaire. Ou peut-être avez-vous lu sur les ordinateurs quantiques et comment ils pourraient changer le monde. Mais un domaine moins connu commence également à récolter les bénéfices du domaine quantique :la médecine.

Dans le cadre du programme phare des technologies quantiques de l'UE, un certain nombre de technologies quantiques sont développées en Europe pour transformer une variété de domaines. La médecine en particulier semble en passe de gagner, avec plusieurs projets en cours pour voir comment améliorer l'imagerie médicale ou détecter plus facilement certaines maladies.

L'un de ces projets est macQsimal, qui utilise de petits appareils appelés capteurs quantiques pour révolutionner plusieurs domaines :les horloges atomiques quantiques, gyroscope, magnétomètres, et des mesures plus précises du rayonnement électromagnétique et de la concentration de gaz. Le projet, qui a débuté en octobre 2018, espère commercialiser leurs idées parmi les premières technologies quantiques.

"L'objectif est de mettre des produits sous forme de prototypes sur le marché, " a déclaré le Dr Jacques Haesler du Centre suisse d'électronique et de microtechnique (CSEM), le coordinateur du projet macQsimal. "À la fin, (nous voulons) pouvoir prendre d'autres mesures puis commercialiser ces appareils. Mais il faut aussi penser à la prochaine génération de capteurs quantiques, qui utilisera des effets quantiques plus sophistiqués comme l'intrication ou la superposition d'états."

Capteurs quantiques

Un capteur quantique est essentiellement un très petit appareil, peut-être la taille d'un morceau de sucre, qui peut faire des mesures très précises en utilisant l'étrangeté connue du monde quantique. Ici, les particules sont liées comme une seule sur de grandes distances, connu sous le nom d'enchevêtrement, ou même apparaître à deux endroits à la fois, connu sous le nom de superposition.

Cela pourrait être particulièrement utile dans des choses comme l'imagerie cérébrale. Actuellement, Les scanners de magnétoencéphalographie (MEG) reposent sur des équipements encombrants qui doivent être refroidis par de l'azote liquide ou de l'hélium liquide. Par conséquent, les machines ne sont pas seulement grandes, mais ils ne peuvent pas s'approcher du crâne d'une personne pour mesurer l'activité cérébrale, au lieu de mesurer de loin à l'aide de capteurs.

"Le but est de remplacer ces instruments par une sorte de casque sur lequel on pourrait mettre tous les capteurs, que vous pouvez mettre sur le crâne, afin que vous puissiez améliorer la précision de la mesure, " a déclaré le Dr Haesler. "Vous pouvez alors fabriquer un casque avec des centaines de capteurs. Ainsi, vous pouvez mesurer à des centaines de points différents sur le crâne d'où vient le champ magnétique."

Le projet macQsimal espère prouver que cela peut fonctionner en utilisant les magnétomètres qu'il développe. En réduisant drastiquement la taille de l'équipement, il pourrait être possible de détecter beaucoup plus facilement les maladies dans le cerveau d'une personne. L'espoir est que d'ici cinq ans, la technologie qu'ils développent pourrait être utilisée commercialement.

Il peut aussi y avoir d'autres avantages, telles que l'imagerie cardiaque - prendre des images du cœur pour rechercher des maladies - qui pourraient grandement bénéficier de ces capteurs plus petits et plus précis, et la découverte de médicaments aussi—trouver de nouveaux médicaments pour traiter certaines maladies. "Il y a probablement beaucoup plus d'applications dans le domaine médical, " a ajouté le Dr Haesler.

Hyperpolarisation

En étudiant une technique quantique appelée hyperpolarisation, d'autres chercheurs veulent voir si les scanners IRM peuvent être rendus beaucoup plus sensibles et précis qu'ils ne le sont actuellement. C'est l'objectif d'un projet appelé projet MetaboliQS, a également débuté en octobre 2018.

"Nous essayons essentiellement de faire en sorte que l'IRM soit un facteur 10, 000 plus sensibles, " a déclaré le Dr Christoph Nebel de l'Institut Fraunhofer de physique appliquée des solides en Allemagne, le coordinateur du projet. "En utilisant l'hyperpolarisation des biomolécules, qui sont injectés, ces molécules sont réglées pour s'accumuler dans certains tissus. Et s'ils s'accumulent, l'IRM peut détecter plus facilement ce qui se passe."

L'IRM hyperpolarisée consiste à prendre des images en examinant la physique infime des cellules et des molécules pour voir ce qui se passe à l'intérieur de notre corps. Ceci est fait en utilisant des molécules biomarqueurs sélectives, qui doivent actuellement être refroidis à -270°C puis réchauffés à la température du corps. Ce processus prend non seulement beaucoup de temps, au moins 30 minutes, mais est également extrêmement coûteux.

Mais en utilisant des capteurs quantiques faits de diamants, l'équipe MetaboliQS pense qu'elle peut mener l'ensemble du processus avec un refroidissement doux ou à température ambiante sans refroidissement du tout. Cela pourrait permettre aux appareils d'IRM d'observer plus facilement les effets sensibles au temps dans le corps tels que les tissus cancéreux, et prenez également des images plus détaillées.

"Lorsque vous améliorez les images, vous voyez plus de détails, vous pouvez faire la distinction entre une maladie à un stade précoce ou un stade ultérieur, ou des tissus morts, " a déclaré le Dr Nebel. " Avoir de meilleures images signifie que vous améliorez considérablement votre compréhension médicale. "

Cela pourrait également ouvrir de nouvelles voies pour les scanners IRM, comme la recherche d'implants ou la compréhension de l'évolution des maladies dans le corps humain. Et en cas de succès, L'imagerie IRM pourrait être l'un des premiers domaines de la santé à bénéficier des techniques quantiques dès 2020. "L'hyperpolarisation est certainement quelque chose qui peut être la première vraie application (médicale) de la technologie quantique, " a déclaré le Dr Nebel.

Conditions de santé

Si ces projets sont couronnés de succès, l'éventail des conditions qu'ils pourraient traiter est vaste. Le Dr Haesler note que la démence et la maladie d'Alzheimer pourraient toutes deux être diagnostiquées plus facilement à l'aide d'appareils d'IRM plus précis. Et l'imagerie cardiaque et cérébrale en bénéficierait, permettant de voir d'autres problèmes avec plus de détails.

"Avec ces capteurs quantiques que nous développons actuellement, vous pouvez très bien détecter une nouvelle activité neuronale, " a déclaré le Dr Nebel. " Nous pouvons essentiellement étudier de très petites molécules, biosystèmes. Il s'agit essentiellement d'une IRM à l'échelle nanométrique."

Les prochaines étapes consisteront maintenant à mettre ces produits sur le marché, et prouver qu'ils peuvent être commercialisés. Et avec l'aide du programme phare quantique de l'UE, on espère que des technologies comme celles-ci pourraient être le début d'une nouvelle ère quantique passionnante qui aura un impact direct sur nos vies.

Et ce n'est pas seulement dans le domaine de la médecine. Le programme cherche également des moyens de développer de meilleures horloges atomiques et d'autres dispositifs qui pourraient s'améliorer, par exemple, comment nous utilisons nos réseaux de téléphonie mobile. Mais ce sont les applications médicales qui arriveront probablement en premier, avec des implications vitales pour notre santé.

"Dans cinq ans, nous pensons que l'horloge atomique et le magnétomètre devraient entrer sur le marché, " a déclaré le Dr Haesler. " Nous travaillons également sur la deuxième génération de capteurs, qui sont plus sensibles, et peut entrer sur le marché dans 15 à 20 ans.