Tweet
Các nhà nghiên cứu từ Đại học ở Queensland (Úc) vừa chế tạo thành công chiếc kính hiển vi lượng tử có khả năng quan sát những cấu trúc sinh học mà con người chưa bao giờ được chứng kiến.
Phát minh này sẽ mở đường cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học và y khoa. Kính lượng tử hoạt động nhờ vào nguyên lý rối lượng tử, thứ mà Einstein gọi là "những tương tác kỳ lạ".
Thuật ngữ rối lượng tử cho rằng trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau dù chúng có cách xa hàng năm ánh sáng. Ví dụ, khi tác động vào một trong hai electron có trạng thái lượng tử liên kết với nhau, electron ở đầu kia sẽ cảm ứng được dao động này lập tức.
Warwick Bowen, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Quang học Lượng tử của Đại học ở Queensland nói rằng, đây là cảm biến rối lượng tử tốt nhất mà nhân loại đã từng phát minh ra.
"Bước đột phá này sẽ mở đường cho nhiều lĩnh vực công nghệ mới, giúp tạo ra các thiết bị định vị cũng như máy chụp cộng hưởng từ (MRI) tốt hơn", giáo sư Bowen chia sẻ.
Ông cho rằng nguyên lý rối là trung tâm của cuộc cách mạng lượng tử và loại cảm biến biết ứng dụng nó sẽ bỏ xa các công nghệ phi lượng tử hiện tại. Nó sẽ đem lại sự đổi mới trong công nghệ y khoa, khoa học kỹ thuật và cả hệ thống giao thông.
Đội ngũ nghiên cứu đã vượt qua được rào cản lớn nhất của kính hiển vi chiếu sáng truyền thống: thời gian quan sát tiêu bản.
"Chiếc kính hiển vi tốt nhất sẽ phải chiếu tia laser với cường độ sáng gấp hàng tỷ lần ánh sáng Mặt trời để quan sát mẫu vật. Những vật chất sinh học thông thường như tế bào con người chỉ cầm cự được một thời gian ngắn dưới ánh sáng như vậy, và đây là một trở ngại rất lớn", giáo sư Bowen cho biết.
"Để thu được bức ảnh có chất lượng như vậy mà không sử dụng hiệu ứng tương quan lượng tử, bạn phải tăng cường độ chiếu sáng lên. Nhưng vấn đề là khi bạn tăng cường độ sáng lên đủ để thu được kết quả như vậy, bạn sẽ phá huỷ mẫu (ánh sáng đốt cháy tế bào sống), vì vậy chúng ta có thể quan sát các tế bào sống mà trước đây chúng ta không thể quan sát được", ông Bowen cho hay.
Khi quan sát thành tế bào của tế bào vi khuẩn lên men (Saccharomyces cerevisiae), có bề dày cỡ vài chục nanomet (1 nm = 0.000000001 m) hay các dòng chất lỏng bên trong tế bào, với kính hiển vi quang học truyền thống (không sử dụng hiệu ứng lượng tử) tốt nhất hiện nay kết quả thu được là các hình ảnh mờ không rõ, và gần như không quan sát được bằng các kính hiển vi quang học thông thường. Với kính hiển vi sử dụng hiệu ứng lượng tử, các hình ảnh trở nên rõ nét hơn. Việc quan sát các thành phần rất nhỏ trong mô sinh học có thể cho phép chúng ta hiểu hơn về những quá trình căn bản của sự sống ở kích thước nhỏ nhất.
Ông Bowen cũng cho rằng kính hiển vi lượng tử sẽ hoàn thiện bộ ba khả năng mà khoa học lượng tử hứa hẹn, gồm tính toán, truyền dữ liệu và ghi nhận hình ảnh.
Theo Frank Vollmer ở Đại học Exeter, Anh thì "đây là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực kính hiển vi quang học. Phát minh này mở ra cánh cửa cho phép nâng cao chất lượng hình ảnh mà kính hiển vi có thể quan sát được với cường độ sáng đủ nhỏ để không phá huỷ các mẫu vi sinh vật".
Bowen cho biết, kính hiển vi lượng tử không chỉ giúp cho các nghiên cứu căn bản về quá trình của sự sống ở mức độ dưới tế bào mà nó còn có nhiều tiềm năng ứng dụng thực tế. Ví dụ, kính hiển vi quang học thường được sử dụng để xác định xem tế bào có phải là tế bào ung thư không hay để chẩn đoán các bệnh khác. Với việc sử dụng bộ "nén" ánh sáng, độ nhạy cũng như tốc độ thực hiện các phép đo hay chẩn đoán này sẽ được cải thiện rõ rệt.
Như vậy, những tiến bộ trong lĩnh vực quang tử (Vật lý kỹ thuật) đã góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực y khoa cũng như sinh vật học. Đó là cách ngành Vật lý kỹ thuật đóng góp vào sự phát triển của các lĩnh vực đòi hỏi công nghệ cao, đòi hỏi các bứt phá về công nghệ và luôn không ngừng phá vỡ giới hạn công nghệ.
Phát minh này sẽ mở đường cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học và y khoa. Kính lượng tử hoạt động nhờ vào nguyên lý rối lượng tử, thứ mà Einstein gọi là "những tương tác kỳ lạ".
Thuật ngữ rối lượng tử cho rằng trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau dù chúng có cách xa hàng năm ánh sáng. Ví dụ, khi tác động vào một trong hai electron có trạng thái lượng tử liên kết với nhau, electron ở đầu kia sẽ cảm ứng được dao động này lập tức.
 |
| Cảnh kính hiển vi lượng tử đang hoạt động. (Ảnh: Đại học Queensland) |
"Bước đột phá này sẽ mở đường cho nhiều lĩnh vực công nghệ mới, giúp tạo ra các thiết bị định vị cũng như máy chụp cộng hưởng từ (MRI) tốt hơn", giáo sư Bowen chia sẻ.
Ông cho rằng nguyên lý rối là trung tâm của cuộc cách mạng lượng tử và loại cảm biến biết ứng dụng nó sẽ bỏ xa các công nghệ phi lượng tử hiện tại. Nó sẽ đem lại sự đổi mới trong công nghệ y khoa, khoa học kỹ thuật và cả hệ thống giao thông.
| Nhóm nghiên cứu từ Đại học ở Queensland với giáo sư Warwick Bowen ở giữa. (Ảnh: Đại học Queensland) |
"Chiếc kính hiển vi tốt nhất sẽ phải chiếu tia laser với cường độ sáng gấp hàng tỷ lần ánh sáng Mặt trời để quan sát mẫu vật. Những vật chất sinh học thông thường như tế bào con người chỉ cầm cự được một thời gian ngắn dưới ánh sáng như vậy, và đây là một trở ngại rất lớn", giáo sư Bowen cho biết.
"Để thu được bức ảnh có chất lượng như vậy mà không sử dụng hiệu ứng tương quan lượng tử, bạn phải tăng cường độ chiếu sáng lên. Nhưng vấn đề là khi bạn tăng cường độ sáng lên đủ để thu được kết quả như vậy, bạn sẽ phá huỷ mẫu (ánh sáng đốt cháy tế bào sống), vì vậy chúng ta có thể quan sát các tế bào sống mà trước đây chúng ta không thể quan sát được", ông Bowen cho hay.
Khi quan sát thành tế bào của tế bào vi khuẩn lên men (Saccharomyces cerevisiae), có bề dày cỡ vài chục nanomet (1 nm = 0.000000001 m) hay các dòng chất lỏng bên trong tế bào, với kính hiển vi quang học truyền thống (không sử dụng hiệu ứng lượng tử) tốt nhất hiện nay kết quả thu được là các hình ảnh mờ không rõ, và gần như không quan sát được bằng các kính hiển vi quang học thông thường. Với kính hiển vi sử dụng hiệu ứng lượng tử, các hình ảnh trở nên rõ nét hơn. Việc quan sát các thành phần rất nhỏ trong mô sinh học có thể cho phép chúng ta hiểu hơn về những quá trình căn bản của sự sống ở kích thước nhỏ nhất.
Ông Bowen cũng cho rằng kính hiển vi lượng tử sẽ hoàn thiện bộ ba khả năng mà khoa học lượng tử hứa hẹn, gồm tính toán, truyền dữ liệu và ghi nhận hình ảnh.
Theo Frank Vollmer ở Đại học Exeter, Anh thì "đây là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực kính hiển vi quang học. Phát minh này mở ra cánh cửa cho phép nâng cao chất lượng hình ảnh mà kính hiển vi có thể quan sát được với cường độ sáng đủ nhỏ để không phá huỷ các mẫu vi sinh vật".
Bowen cho biết, kính hiển vi lượng tử không chỉ giúp cho các nghiên cứu căn bản về quá trình của sự sống ở mức độ dưới tế bào mà nó còn có nhiều tiềm năng ứng dụng thực tế. Ví dụ, kính hiển vi quang học thường được sử dụng để xác định xem tế bào có phải là tế bào ung thư không hay để chẩn đoán các bệnh khác. Với việc sử dụng bộ "nén" ánh sáng, độ nhạy cũng như tốc độ thực hiện các phép đo hay chẩn đoán này sẽ được cải thiện rõ rệt.
Như vậy, những tiến bộ trong lĩnh vực quang tử (Vật lý kỹ thuật) đã góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực y khoa cũng như sinh vật học. Đó là cách ngành Vật lý kỹ thuật đóng góp vào sự phát triển của các lĩnh vực đòi hỏi công nghệ cao, đòi hỏi các bứt phá về công nghệ và luôn không ngừng phá vỡ giới hạn công nghệ.