Les photons intriqués peuvent être utilisés pour améliorer les techniques d'imagerie et de mesure. Une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision IOF à Iéna a développé une solution d'imagerie quantique qui peut faciliter des informations très détaillées sur des échantillons de tissus en utilisant des plages spectrales extrêmes et moins de lumière.

Alors que les techniques d'analyse optique telles que la microscopie et la spectroscopie sont extrêmement efficaces dans les gammes de longueurs d'onde visibles, ils atteignent rapidement leurs limites dans l'infrarouge ou le térahertz. Cette, cependant, C'est précisément là que se cachent des informations précieuses. Par exemple, bio-substances telles que les protéines, les lipides et autres composants biochimiques peuvent être distingués en fonction de leurs vibrations moléculaires caractéristiques. Ces vibrations sont stimulées par la lumière dans la plage de l'infrarouge moyen au térahertz et sont très difficiles à détecter avec les techniques de mesure conventionnelles. "Si ces mouvements pouvaient être capturés ou induits, il serait possible de voir exactement comment certaines protéines, les lipides et autres substances sont distribués dans les échantillons cellulaires. Par exemple, certains types de cancer ont une concentration ou une expression caractéristique de certaines protéines. Cela signifierait que la maladie pourrait être détectée et traitée plus efficacement. Une connaissance plus précise de la distribution des bio-substances pourrait apporter des avancées majeures dans la recherche sur les médicaments, également, " dit le chercheur quantique Dr. Markus Gräfe de Fraunhofer IOF.

Photons intriqués :des jumeaux mais différents

Mais comment rendre visibles les informations de ces gammes de longueurs d'onde extrêmes ? L'effet mécanique quantique de l'intrication de photons aide les chercheurs à exploiter des faisceaux de lumière jumeaux avec différentes longueurs d'onde. Dans un montage interférométrique, un faisceau laser est envoyé à travers un cristal non linéaire dans lequel il génère deux faisceaux lumineux intriqués. Ces deux faisceaux peuvent avoir des longueurs d'onde très différentes selon les propriétés du cristal, mais ils sont toujours connectés les uns aux autres en raison de leur enchevêtrement.

"Alors maintenant, tandis qu'un faisceau de photons dans la gamme infrarouge invisible est envoyé à l'objet pour l'éclairage et l'interaction, son double faisceau dans le spectre visible est capté par une caméra. Étant donné que les particules de lumière enchevêtrées portent la même information, une image est générée même si la lumière qui atteint la caméra n'a jamais interagi avec l'objet réel, " explique Gräfe. Le jumeau visible donne essentiellement un aperçu de ce qui se passe avec le jumeau invisible.

Le même principe peut également être utilisé dans le domaine spectral ultraviolet :la lumière UV endommage facilement les cellules, les échantillons vivants sont donc extrêmement sensibles à cette lumière. Cela limite considérablement le temps disponible pour enquêter, par exemple, processus cellulaires qui durent plusieurs heures ou plus. Étant donné que moins de lumière et de plus petites doses de rayonnement pénètrent dans les cellules tissulaires pendant l'imagerie quantique, ils peuvent être observés et analysés à haute résolution pendant des périodes plus longues sans les détruire.

Petit assemblage et petites structures

« Nous sommes en mesure de démontrer que l'ensemble du processus complexe peut être réalisé de manière robuste, compacte et portative, " dit Gräfe. Les chercheurs travaillent actuellement à rendre le système encore plus compact, le rétrécissant à la taille d'une boîte à chaussures, et d'améliorer encore sa résolution. La prochaine étape qu'ils espèrent atteindre est, par exemple, un microscope à balayage quantique. Au lieu de capturer l'image avec une caméra grand champ, il sera scanné, semblable à un microscope à balayage laser. Les chercheurs s'attendent à ce que cela donne des résolutions encore plus élevées de moins d'un micromètre (1 µm), permettant l'examen des structures au sein des cellules individuelles encore plus en détail. En moyenne, une cellule mesure environ dix micromètres. À long terme, ils veulent voir l'imagerie quantique intégrée dans les systèmes de microscopie existants comme une technologie de base, abaissant ainsi les barrières pour les utilisateurs de l'industrie.

Le démonstrateur est l'un des résultats du projet de phare de Fraunhofer QUILT, qui regroupe l'expertise en optique quantique des instituts Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision IOF, pour les techniques de mesure physique IPM, pour Circuits et Systèmes Microélectroniques IMS, pour les Mathématiques Industrielles ITWM, d'Optronique, Technologies système et exposition d'images IOSB et pour la technologie laser ILT.