يمكن النظر إلى الأشياء الدقيقة عن كثب أكثر من أي وقت مضى من خلال إرسال الضوء المتشابك عبر مسارات مختلفة وإعادة تجميع موجاته، ما يؤدي إلى مضاعفة الدقة بشكل فعال دون التعقيد المعتاد المتمثل بزيادة طاقة الضوء بشكل كبير. حيث تم تعزيز دقة المجاهر الضوئية بشكل كبير بفضل الاستخدام الذكي لظاهرة شائعة في فيزياء الكم يطلق عليها «الفحص المجهري الكمي» (QMC)، طورها باحثون بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) في الولايات المتحدة. مبينين أن التطوير الجديد مناسب بشكل خاص لفحص الأنسجة والجزيئات الحيوية لاكتشاف الأمراض أو دراسة انتشارها، وفق ما نشر موقع «ساينس إليرت» العلمي المتخصص، نقلا عن مجلة «Nature Communications» العلمية.
وكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة «إن الجمع بين السرعة المحسّنة، ونسبة التباين المحسّنة إلى الضوضاء ومقاومة الضوء الشارد الأكثر قوة والدقة الفائقة والإضاءة المنخفضة الكثافة يمكّن QMC من التصوير الحيوي».
ومثلما يرتبط حذاءان تم شراؤهما من متجر ليناسبا القدم اليمنى واليسرى، يمكن أيضا ربط الجسيمات رياضيا بعدة طرق. وفقط في النظام الكمي، أشياء مثل الأحذية والإلكترونات لا تستقر حقا في أي من تلك الحالات حتى تتم ملاحظتها. إنها مجرد احتمالات وربما أفضل وصف لها أنها موجة.
وفي QMC، كانت الجسيمات المعنية عبارة عن فوتونات أو جسيمات ضوئية تُعرف باسم biphotons بمجرد تشابكها في زوج.
والتطوير الجديد تم من خلال نوع خاص من الكريستال مصنوع من بورات الباريوم البيتا (BBO). فعندما يتم تسليط ضوء الليزر عبر البلورة، يتم تحويل جزء صغير جدا من الفوتونات (حوالى واحد في المليون) إلى ثنائي الفوتونات. حيث تمكن الباحثون بعد ذلك من فصل البيفوتونات مرة أخرى، عبر شبكة من المرايا والعدسات والموشورات.
وفيما يتم إرسال فوتون واحد من خلال المادة قيد الدراسة، يتم تحليل الفوتون الآخر. وكونه متشابكا، فإن الارتباطات المقاسة في أي من الفوتونين ستقول أيضا شيئا عن رحلة شريكه. إنه أساس تقنية أخرى جديدة إلى حد ما تسمى «تصوير الأشباح».
ومع ذلك، فإن هذا العمل المزدوج المتشابك له خدعة أخرى في جعبته. إذ تمتلك البيفوتونات ضعف زخم الفوتونات، ما يعني أيضا أن أطوالها الموجية تنخفض إلى النصف. ويعني نصف الطول الموجي للضوء، وهي دقة أعلى لمجهر الضوء.
فعادة ما يحمل الضوء ذو الأطوال الموجية الأقصر طاقة أكبر، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالخلايا قيد الدراسة عند نقطة معينة. ففكر الفريق في الفرق بين الموجات الراديوية الطويلة غير الضارة مقابل الأشعة فوق البنفسجية الأقوى والأقوى والتي يمكن أن تكسر الحمض النووي وتسبب حروق الشمس. وبينما تقلل عملية التشابك الطول الموجي إلى النصف، فإنها لا تزيد من طاقة الفوتونات الفردية.
وفي توضيح أكثر لهذا الأمر، يقول المهندس الطبي ليهونغ وانغ من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) «ان الخلايا لا تحب ضوء الأشعة فوق البنفسجية. ولكن إذا تمكنا من استخدام ضوء 400 نانومتر لتصوير الخلية وتحقيق تأثير 200 نانومتر من الضوء، وهو الأشعة فوق البنفسجية، فسنحصل على دقة الأشعة فوق البنفسجية». وهناك مجال للتحسين في هذا النظام أيضا، بما في ذلك تسريع التصوير والقدرة على تشابك المزيد من الفوتونات معا، وزيادة الدقة بشكل أكبر. مع ذلك، فإن إضافة المزيد من الفوتونات يعني أن احتمال حدوث تشابك (واحد في المليون بالفعل) سينخفض أكثر.
ونظرا لأن من السهل تعطيل التشابك عن طريق التفاعلات مع البيئة، فإن زيادة عدد الفوتونات في نظام ما يزيد من احتمال تفاعل الفوتونات الفردية مع البيئة بدلا من تفاعل بعضها مع بعض.
وبينما تمت تجربة التصوير باستخدام البيفوتون من قبل، قام الباحثون وراء الإعداد الجديد بإجراء العديد من التحسينات خلال العملية، واختبروها عمليا؛ ما يجعلها واحدة من أكثر التقنيات الواعدة من نوعها.
