الملخص:
اقترح عدد من فرق البحث العلمي في النمسا مؤخرًا حلًا تقنيًا خارقًا ويتحققون منه: من خلال الدمج المباشر لحاسوب كمي صغير لمصيدة الأيونات في المجهر الإلكتروني، يُستخدم تأثير التشابك الكمي لاستخراج المعلومات الكمومية التي تحملها الإلكترونات بشكل كامل، وبالتالي تقليل الضرر الإشعاعي للعينات الهشة بشكل كبير مع تحسين وضوح التصوير المجهري بشكل كبير.
من المتوقع أن يؤدي هذا المشروع، الذي تم تنفيذه بشكل مشترك بين جامعة فيينا التقنية وجامعة فيينا وجامعة يوهان كيبلر لينز وجامعة إنسبروك، إلى كسر صعوبات التصوير التي تواجهها المجاهر الإلكترونية التقليدية عند مراقبة العينات الهشة مثل الجزيئات البيولوجية الكبيرة.
في التصوير المجهري الإلكتروني التقليدي، غالبًا ما يواجه الباحثون تناقضات لا يمكن التوفيق بينها. غالبًا ما يتطلب الحصول على صور واضحة ذات تباين عالٍ وضوضاء منخفضة زيادة جرعة الإلكترون التي تخترق العينة، ولكن هذا يمكن أن يؤدي بسهولة إلى إتلاف المواد البيولوجية الحساسة للغاية مثل جزيئات البروتين. إذا تم تقليل كمية القصف الإلكتروني عمدا من أجل حماية العينة، فسوف تطغى الضوضاء العشوائية على إشارة التصوير الضعيفة بسهولة. تتعامل المجاهر التقليدية مع الإلكترونات فقط على أنها جزيئات تصطدم بالكاشف، وتتخلص مباشرة من الكمية الكبيرة من المعلومات الكمومية الإضافية التي تحملها الإلكترونات نفسها.
من أجل حل هذا القيد الفيزيائي، صمم فريق البحث آلية اقتران كمومي جديدة. عندما يمر شعاع الإلكترون عبر المجهر ويسير في المسار البصري، يرشدهم الباحثون إلى تفاعل محكم مع الأيونات التي تم التقاطها وتثبيتها مسبقًا، بحيث تكون الإلكترونات المخترقة للعينة متشابكة كميًا مع الكمبيوتر الكمي لمصيدة الأيونات، ويتم حفظ معلومات حالة العينة التي تحملها الإلكترونات بالكامل في الأيونات. عندما تمر الإلكترونات اللاحقة واحدة تلو الأخرى وتتشابك مع النظام مرة أخرى، سيقوم الكمبيوتر الكمي بتنفيذ عمليات خوارزمية مصممة خصيصًا للجمع الأمثل للمعلومات الكمومية من إلكترونات متعددة، وتحويل الإشارات الضعيفة التي لم يكن من الممكن التعرف عليها في الأصل بموجب القياسات الإحصائية الكلاسيكية إلى صور فعالة ذات تباين عالٍ، وبالتالي اختراق الحدود الإحصائية للمجاهر الإلكترونية التقليدية على المستويين الرياضي والفيزيائي.
لقد تم تأكيد المزايا النظرية لهذا المخطط سابقًا من خلال البراهين الرياضية الصارمة. حاليًا، يقوم فريق البحث ببناء والتحقق تجريبيًا من أول نظام نموذجي في مركز الخدمة الجامعي للمجهر الإلكتروني للإرسال في جامعة فيينا التقنية، حيث يدمج بدقة أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على الأيونات والتي طورتها جامعة إنسبروك مع كيان المجهر الإلكتروني للإرسال. إذا كان التحقق التجريبي اللاحق يلبي التوقعات النظرية، فإن تقنية الاندماج هذه ستجعل من الممكن مراقبة البنية الدقيقة للبروتينات الهشة المفردة والعينات البيولوجية في حالة غير مدمرة، مما يفتح مسارًا جديدًا للمراقبة المجهرية للبيولوجيا الهيكلية وعلوم المواد النانوية.
التعليقات