ابداع اولین اسکنر مغز کوانتومی مدولار در جهان

به گزارش دیدگاه نیوز ، سنجش کوانتومی با استفاده از سیستم کوانتومی، خواص کوانتومی یا پدیده‌های کوانتومی، اندازه‌گیری یک مقدار فیزیکی را توصیف می‌کند. حسگرهای کوانتومی می‌توانند به حساسیت‌هایی برسند، که طبق قوانین متعارف فیزیک که زندگی روزمره را کنترل می‌کنند، غیرممکن باشد.

این سطح حساسیت تنها به لطف دنیای مکانیک کوانتومی با خواص جذاب آن، مانند برهم‌نهی که در آن اتم می‌تواند در آن واحد در دو تراز مختلف انرژی باشد، قابل حصول است. نمونه‌های تاریخی حسگرهای کوانتومی شامل مغناطیس‌سنجی‌ها مبتنی بر دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا و بخارات اتمی یا ساعت‌های اتمی است.

توسعه حسگر کوانتومی توسط ارتش امریکا

اخیراً، سنجش کوانتومی به یک شاخه مجزا از تحقیقات در حال رشد در حوزه علم و فناوری کوانتومی تبدیل شده است، با رایج‌ترین سطوح که به کیوبیت‌های اسپینی، یون‌های به دام افتاده و کیوبیت‌های شار می‌پردازند. انتظار می‌رود این زمینه فرصت‌های جدیدی را با توجه به حساسیت و دقت بالا در فیزیک کاربردی و سایر زمینه‌های علمی فراهم کند.

امروزه با پیشرفت فناوری، امکان کنترل حالت های کوانتومی تک اتمی وجود دارد و این حالت های کنترل شده کوانتومی، می تواند به عنوان حسگرهای کوانتومی استفاده شوند. با کمک فناوری کوانتومی می توان حسگرهایی با بزرگی یک اتم جهت اندازه گیری های بسیار دقیق ، به دور از تداخل های میدان های مغناطیسی و الکتریکی فراهم نمود. خواص این حسگر از خواص غیرکلاسیکی نور (اپتیک کوانتومی) و درهمتنیدگی کوانتومی ناشی می شود. حالات نوری غیرکلاسیکی، روش های تصویربرداری با وضوح فوق العاده بالا را ممکن ساخته است که در فناوری حسگرهای جدید کاربرد فراوان دارند.

کنترل پدیده‌های فیزیکی

حسگرهای کوانتومی با دستکاری حالت کوانتومی اتم‌ها و فوتون‌ها، از آن‌ها به‌عنوان کاوشگر اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. افزایش حساسیت این حسگرها و حسگرهای مرسوم، اغلب به معنی ایجاد حسگر بزرگ‌تر یا استفاده از ذرات حساس‌تر است. حتی در این صورت، چنین اقدامی فقط حساسیت حسگرهای کوانتومی را به‌اندازه تعداد ذرات اضافه‌شده افزایش می‌دهد.

اما محققان در فکر این بودند که آیا راهی برای افزایش حساسیت بیشتر وجود دارد؟ آن‌ها باور داشتند و می‌دانستند که از ایجاد یک رشته کاواک‌ فوتونیکی (که در آن، فوتون‌ها می‌توانند از کاواک به کاواک‌های مجاور منتقل شوند) می‌توان به‌عنوان یک حسگر کوانتومی استفاده کرد، اما آن‌ها تمایل داشتند که بدانند: آیا حساسیت حسگر، برای یک رشته کاواک بلند و طولانی‌تر، بیشتر خواهد بود؟

در چنین سیستم‌هایی، فوتون‌ها اتلاف می‌شوند (از کاواک‌ها نشت کرده و ناپدید می‌شوند). اما محققان توانستند با کنترل پدیده‌ا‌ی فیزیکی به نام دینامیک غیرهرمیتی (که در آن اتلاف فوتونی منجر به نتایج مطلوبی می‌شود) محاسبه‌ای انجام دهند و دریابند که حساسیت حسگر برای رشته‌ای از این کاواک‌ها، بیش از تعداد کاواک‌های اضافه‌شده، افزایش می‌یابد. درواقع، حساسیت به‌طور نمایی در اندازه سیستم افزایش می‌یابد.

سی تی اسکن جمجمه با گرفتن عکس های مختلف در زوایای مختلف آغاز می ‌شود، سپس با استفاده از پردازش رایانه‌ ای برای ایجاد تصاویر مقطعی از استخوان ها و بافت نرم داخل بدن ترکیب می شود.

توموگرافی کامپیوتری که بهCAT نیز معروف است یک روش تشخیصی تصویربرداری پزشکی می باشد که مانند اشعه ایکس معمولی چندین عکس از ساختارهای مختلف بدن تولید می کند.

تصاویر مقطعی تولید شده در طی سی تی اسکن می توانند در چندین صفحه از نوع قالب بندی شوند. از آنجایی که تصویر برداری توسط اشعه ایکس معمولی تصاویر واضح از بافت های نرم را نشان ن می‌دهد ، بنابراین پزشکان اغلب برای گرفتن تصاویر واضح و خوب از بافت های نرم از جمله اندام ها ، عضلات و رگ های خونی ، مغز و اعصاب سی تی اسکن را تجویز می کنند.

ابداع اولین اسکنر مغز کوانتومی مدولار

برای اولین بار، دانشمندان دانشگاه ساسکس یک اسکنر مغز کوانتومی مدولار برای ثبت سیگنال های مغزی تولید کرده اند. برای کسانی که در حال توسعه فناوری تصویربرداری مغز کوانتومی هستند ، این کار یک نقطه عطف مهم است.

این دستگاه با استفاده از حسگرهای کوانتومی فوق العاده حساس ، این کوچکترین میدان های مغناطیسی را برای دیدن درون مغز برای نقشه برداری از فعالیت های عصبی، جمع می کند. از آنجایی که دستگاه ها مانند آجرهای بازی کار می کنند، هنگامی که به هم متصل می شوند، کار با استفاده از فناوری کوانتوم امکان اسکن مغز کامل را فراهم می کند.

این سنسور از مغناطیس سنج پمپ شده نوری در داخل سپر مغناطیسی برای کاهش میدان های مغناطیسی محیط استفاده می کند. به عبارت دیگر ، این کار با قرار دادن بخار به حالت کوانتومی، تاباندن پرتوی لیزر از طریق آن و استفاده از یک دستگاه آشکارساز نوری برای دیدن میزان نور انجام می شود.

نحوه تعامل بخار اتم با نور لیزر بسیار حساس به میدان مغناطیسی بستگی دارد. این به این دلیل است که جریان های الکتریکی کوچک در سلول های عصبی در مغز منجر به میدان های مغناطیسی بسیار کوچکی حتی در خارج از مغز می شود ، همان چیزی است که سنسور انتخاب می کند.

دانشمندان برای آزمایش اسکنر خود ، حسگرها را در خارج از پوست سر یک شرکت کننده ، نزدیک به قشر بینایی مغز قرار دادند. آنها سپس از شرکت کنندگان خواستند که هر ۱۰-۲۰ ثانیه چشم خود را باز و بسته کنند. دانشمندان توانستند یک سیگنال را تشخیص دهند.

با این حال، این کار کاملاً آسان بود ، اما درک اینکه در خارج از مغز چه می گذرد، به فناوری پیشرفته کوانتومی نیاز دارد.

توماس کاوسن، دکترای تخصصی دانشجوی دانشگاه ساسکس، که سنسور را ساخت، توضیح داد: حسگر کوانتومی ما باید بسیار حساس باشد تا میدان های مغناطیسی مغز را که واقعا ضعیف هستند، انتخاب کند. برای قرار دادن آن در متن، میدان مغناطیسی مغز تریلیون برابر مغناطیس یخچال است.

از آنجا که دستگاه ما از لحاظ مدولار بودن بسیار منحصر به فرد است – و ما با اتصال دو سنسور نشان داده ایم که مدولار بودن کار می کند – ما هم اکنون قصد داریم این پروژه را با ساختن سنسورهای بیشتر برای تبدیل آن به کلیک سیستم تصویربرداری از مغز افزایش دهیم. این می تواند پیشرفت های چشمگیری در کشف و ارائه درمان بیماری های نورودژنراتیو مانند آلزایمر داشته باشد.

این اوج چندین ماه کار سخت است ، و من از دیدن اولین سیگنال مغزی ما با استفاده از سنسورهای کوانتومی بسیار اختصاصی خود که در دانشگاه ساسکس ساخته شده توسط ما بسیار هیجان زده هستم.

پروفسور پیتر کروگر، فیزیکدان تجربی و مدیر برنامه ساسکس برای تحقیقات کوانتومی در دانشگاه ساسکس، توضیح داد: همانطور که سنسور ما به صورت مدولار کار می کند ، اکنون می توانیم آن را مقیاس بندی کنیم تا تصاویر بسیار دقیق تری از مغز یا قسمت های مغز ایجاد کنیم. با کالای تجاری موجود موجود نمی توانید این کار را انجام دهید. بنابراین این سنسور جدید ساخته شده در دانشگاه ساسکس درهای حسگرهای کوانتومی تولید شده در انگلستان را باز می کند ، که در فضای گسترده تر فناوری کوانتوم انگلیس بسیار تأثیرگذار است.

داشتن این سنسور یک گام مهم برای مطالعات بیشتر بین رشته ای است که شامل محققانی از دانشمندان و مهندسان آگاهی گرفته تا دانشمندان علوم اعصاب است ، که بسیار در روحیه چگونگی مقابله با تحقیقات اینجا در ساسکس است.

پروفسور کای بونگس، محقق اصلی در حسگرها و زمان بندی توپی فناوری کوانتومی انگلیس، گفت: ما از این پیشرفت شگرف محققان هاب در دانشگاه ساسکس خوشحالیم. این موفقیت ها به پیشرفت چشمگیر اکوسیستم کوانتومی انگلستان کمک می کند و ما را یک گام به بهره برداری از فناوری حسگر کوانتومی در کاربردهای بالینی که تأثیر اجتماعی واقعی دارند، نزدیک می کند. ایجاد توانایی تصویربرداری کوانتومی مغز در انگلستان، نمونه ای عالی از همکاری ماست./انتهای پیام

دیدگاه نیوز را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

ناصر غلامی هوجقان

سرپرست دیدگاه نیوز در استان آذربایجان شرقی می باشد. وی دارای بیش از ۱۳ سال سابقه فعالیت خبری در موضوعات اجتماعی، فرهنگی، ورزشی، گردشگری و . . . بوده و در بیش از 7 خبرگزاری کشوری و استانی فعالیت داشته است.