Para hacer visibles las estructuras más finas, los investigadores utilizan microscopios especiales que utilizan pares de fotones entrelazados como fuente de luz. Sin embargo, estos sistemas son muy sensibles a las distorsiones ópticas que desenfocan la imagen. Los métodos anteriores para eliminar estos errores de imagen no eran aplicables, especialmente para muchas muestras biológicas. Un estudio muestra ahora un nuevo método en el que se utiliza la relación entre los propios fotones para determinar y calcular la distorsión. Esto podría significar una mejora importante para los futuros microscopios cuánticos.
Cuando las partículas se entrelazan entre sí a nivel cuántico, significa que entran en un estado común que las conecta a distancias arbitrariamente grandes. Los pares entrelazados de partículas de luz, es decir, fotones, tienen numerosas aplicaciones en la obtención de imágenes. Se utilizan, entre otras cosas, en formas especiales de microscopía. Los fotones entrelazados se generan guiando un rayo láser a través de un cristal no lineal. Cuando chocan contra una muestra, se reflejan de una manera específica, que a su vez es registrada por una cámara que reacciona a los fotones individuales.
Calcular errores de imagen
El problema: «Todos estos métodos son muy sensibles a los errores ópticos de imagen causados por las muestras que se toman o por el propio sistema de imagen», explica un equipo dirigido por Patrick Cameron de la Universidad de Glasgow en Gran Bretaña. «Si estos efectos no se corrigen, los beneficios de estas técnicas quedarán anulados y su uso práctico se verá comprometido».
Una forma de corregir las distorsiones es insertar un marcador específico en cada muestra, la llamada «estrella guía». Dado que se conocen la forma y el tamaño de esta marca, es posible calcular exactamente qué tan grande es la aberración a partir de su distorsión en la imagen. De esta forma podrá eliminar el error y crear una imagen clara. «Sin una estrella guía, no se puede acceder directamente a la información sobre las aberraciones», escriben Cameron y sus colegas.
Imágenes precisas sin estrella guía
Sin embargo, especialmente en muestras biológicas, a menudo no es posible aplicar marcas apropiadas sin modificar la muestra. Además, la técnica requiere sus propios ajustes para cada tipo de microscopio y cada tipo de muestra. Esto limita su eficacia. Luego, Cameron y su equipo se propusieron encontrar una alternativa que no requiriera una estrella guía y pudiera aplicarse a tantas aplicaciones como fuera posible.
Y de hecho encontraron una manera: “Hemos desarrollado un método de óptica cuántica adaptativa (QAO) que utiliza entrelazamientos entre pares de fotones para inferir directamente la aberración sin la necesidad de una estrella guía”, informa el equipo. “Toda la información sobre las distorsiones en cualquier punto está codificada en la relación espacial de los pares de fotones. El enfoque también es independiente de la modalidad de imagen y de la muestra examinada”.
Para probar su método, examinaron, entre otras cosas, las piezas bucales de una abeja bajo un microscopio, a veces utilizando métodos de óptica adaptativa convencional y otras añadiendo sus propios cálculos cuánticos. Esto demostró que QAO proporcionó imágenes significativamente más nítidas y también evitó los errores que otros enfoques de corrección de imágenes incorporaron en los resultados. «Por lo tanto, QAO tiene el potencial de optimizar el funcionamiento de cualquier sistema de imágenes basado en pares de fotones», escriben Cameron y sus colegas. «Por lo tanto, podría desempeñar un papel importante en el desarrollo de futuros microscopios ópticos cuánticos».
Fuente: Patrick Cameron (Universidad de Glasgow, Reino Unido) et al., Science, doi: 10.1126/science.adk7825
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