Elektronski mikroskopi mogu da prikažu strukture mnogo manje od onih koje je moguće videti svetlosnim instrumentima, ali njihova izuzetna moć ima cenu. Snop elektrona može oštetiti nežne biološke uzorke i nove materijale pre nego što istraživači prikupe sve potrebne podatke. Austrijski naučnici sada razvijaju rešenje u kojem bi kvantni računar „zapamtio“ informacije koje klasičan mikroskop gubi kao šum.
Osnovna ideja nije da kvantni računar zameni elektronski mikroskop. Elektroni bi i dalje prolazili kroz uzorak i nosili podatke o njegovoj unutrašnjoj strukturi. Razlika je u tome što bi na svom putu stupali u kontrolisanu interakciju sa zarobljenim jonima, osnovnim jedinicama posebnog tipa kvantnog računara.
Elektron i jon mogli bi da postanu kvantno spregnuti, odnosno da dele zajedničko stanje. Deo informacije koju nosi elektron tada bi bio sačuvan u jonu. Kada stigne naredni elektron, njegovi podaci mogli bi da se kombinuju sa prethodnim pomoću pažljivo osmišljenih kvantnih operacija. Slab signal tako bi se postepeno pojačavao bez potrebe za velikim brojem elektrona.
Prema objašnjenju istraživača sa Tehničkog univerziteta u Beču, ono što u konvencionalnom merenju liči na nasumičan šum moglo bi da postane jasno prepoznatljiv signal. Algoritmi su razvijeni u saradnji sa Univerzitetom Johan Kepler u Lincu, dok je kvantni sistem sa zarobljenim jonima nastao uz učešće stručnjaka Univerziteta u Insbruku. Konzorcijum koordinira Univerzitet u Beču.
Ovo je važno zato što rezolucija nije jedino ograničenje mikroskopije. Da bi se napravila dovoljno jasna slika, kroz uzorak obično mora proći veliki broj elektrona. Povećavanje doze poboljšava statistiku merenja, ali istovremeno može da promeni ili uništi upravo ono što naučnici žele da vide. Problem je naročito izražen kod proteina, ćelijskih delova i materijala osetljivih na zračenje.
Kvantna obrada obećava više korisnih podataka iz svakog pojedinačnog elektrona. Ukoliko eksperiment uspe, ista količina informacija mogla bi da se dobije manjom dozom. To bi otvorilo mogućnost posmatranja procesa koji su do sada bili nedostupni jer su uzorci prebrzo propadali pod snopom.
Naučnici su za sada matematički pokazali da sistem treba da ima prednost nad klasičnim pristupom. Sledeća faza je znatno teža: povezivanje kvantnog računara sa stvarnim elektronskim mikroskopom. Pripreme se obavljaju u univerzitetskom centru USTEM u Beču, gde treba uskladiti ultrastabilni mikroskop, vakuumski sistem, optiku i izuzetno osetljive zarobljene jone.
Vest o projektu preneta je na osnovu materijala Univerziteta u Beču, dok je teorijski predlog dostupan u naučnom radu o povezivanju slobodnih elektrona sa kvantnim računarom zasnovanim na jonima. To je bitna razlika: uređaj još nije dokazao prednosti u praktičnom snimanju, pa se govori o ozbiljno pripremljenom eksperimentu, a ne o gotovom revolucionarnom mikroskopu.
Ako rezultat bude pozitivan, ovo bi mogao biti jedan od prvih slučajeva u kojima kvantni računar ne rešava apstraktan matematički problem, već neposredno unapređuje naučni instrument. Najvažniji dobitak možda neće biti lepša fotografija, već mogućnost da se krhka materija posmatra dovoljno nežno da ostane u svom prirodnom stanju.
S.B.
