کد خبر : 3165 سه شنبه 12 اسفند 1393 - 12:09:04
انقلابی-جدید-در-تشخیص-اجسام-و-سلول‌های-سرطانی

ابداع نسل جدیدی از رادارهای کوانتومی

انقلابی جدید در تشخیص اجسام و سلول‌های سرطانی

سیناپرس: یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی موفق به توسعه نمونه اولیه رادار کوانتومی شدند که با تزویج امواج مایکروویو و پرتوی نوری قادر به تشخیص اجسامی است که از دید سیستم‌های معمولی پنهان می‌شود.

پژوهشگران همواره در حال تلاش برای بهره‌گیری از نظریه‌های کوانتومی جهت ارتقای کیفیت پردازش اطلاعات هستند. پیشرفت علم اطلاعات کوانتومی باعث شده است تا توسعه سنسورهای کوانتومی و حساسیت آنها رشد قابل توجهی پیدا کنند. در واقع علم اطلاعات کوانتومی و سنسورهای کوانتومی ارتباط عمیقی دارند و به شدت به یکدیگر وابسته‌اند. در واقع هرچه بیشتر تکنیک‌های کوانتومی پردازش بهبود پیدا کنند، توانایی بالاتری در ساخت سنسورهای کوانتومی و افزایش دقت آنها به وجود می‌آید.

این سیستم‌ها بر اساس ترازهای کوانتومی نوری در یک برهم‌نهی مثبت تنیده طراحی می‌شوند. در واقع در این رادارها نیمی از فوتون‌ها با ترازها به سمت هدف پرتاب می‌شوند و بقیه در داخل دریافت کننده باقی می‌مانند. سیستم تشخیص سیگنال به این صورت عمل می کند که فوتون‌های بازگشتی از هدف را با فوتون‌های موجود در داخل رادار مقایسه می‌کند و به وسیله ثبت تغییرات فوتون‌ها اهداف پنهان‌کار را کشف و تعیین هویت می‌کند.

دقت رادارهای کوانتومی در حدود توان چهارم دقت رادارهای عادی است و در صورتی که از رادارهای کوانتومی استفاده شود، قابلیت «رصد مفید» نیز افزایش می یابد و ساختار رادارهای کوانتومی باعث می‌شود تا ستون‌های جانبی انرژی آنتن رادار نیز کانال جدیدی را برای تشخیص اهداف پنهان‌کار ایجاد کنند.

نسل جدیدی از رادارها توسط گروهی از پژوهشگران به سرپرستی یکی از دانشمندان اطلاعات کوانتومی دانشگاه یورک و با حمایت مالی بنیاد ملی «تراست لورهولم» انگلستان و شورای تحقیقاتی مهندسی و علوم فیزیکی توسعه یافته است که در واقع یک سیستم هیبریدی است که از همبستگی کوانتومی بین پرتوهای نوری و مایکروویو برای تشخیص اشیای بازتاب‌دهنده ضعیف مانند سلول‌های سرطانی و یا هواپیماهای پنهان‌کار استفاده می‌کند. از آنجا که رادار کوانتومی در انرژی‌های بسیار پایین‌تر از سیستم‌های معمولی کار می‌کند لذا قابلیت استفاده در طیف وسیعی از کاربردهای حوزه زیست پزشکی از جمله اسکن‌های NMR غیرتهاجمی را دارد.

هواپیمای پنهان‌کار برای جلوگیری از کشف و رهگیری از فناوری‌های پیشرفته‌ای برای کاهش بازتاب راداری، فروسرخ (حرارتی)، نور مرئی، دامنه بسامد رادیویی و امواج صوتی خود استفاده می‌کند. مجموعه این فناوری‌ها پنهان‌کاری نامیده می‌شوند که گاهی از اصطلاح هواپیمای رادارگریز نیز در اشاره به هواپیماهای پنهان‌کار استفاده می شود که درست نیست زیرا، هرچند رادارگریزی به معنی کاهش انتشار و انعکاس امواج راداری یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های هواپیماهای پنهان‌کار است اما برای کاهش احتمال کشف هواپیما توسط دشمن کاهش بازتاب حرارتی، صوتی و بصری نیز لازم است.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر استفانو پیراندولا از دانشکده علوم کامپیوتر و مرکز فناوری‌های کوانتومی دانشگاه یورک، دریافتند که یک مبدل خاص به صورت یک دستگاه دو حفره‌ای که توسط نوسان‌ساز نانومکانیکی پرتوی مایکروویو را با پرتوی نوری تزویج می‌کند می‌تواند راه‌کار اصلی سیستم جدید باشد.

در بلند مدت می‌توان به لطف استفاده از فوتون‌های درهم تنیده کوانتومی، از این طرح در فواصل کوتاه برای تشخیص وجود نقص در نمونه‌های بیولوژیکی و یا بافت‌های انسانی به روش کاملا غیرتهاجمی بهره برد

این دستگاه می‌تواند در طول انتشار سیگنال امواج مایکروویو-نوری درهم تنیده تولید کند و یا اینکه در طول جمع‌آوری پرتوهای بازتابنده از جسم، پرتوی مایکروویو را به پرتوی نوری تبدیل کند. نتایج این تحقیق در مجله علمی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.

یک آنتن رادار معمولی امواج مایکروویو را برای روبش منطقه‌ای در فضا منتشر می‌کند. هر جسم هدف سیگنال را به سمت منبع بازتاب می‌دهد اما اجسامی با قابلیت بازتاب ضعیف در محیط‌هایی با نویز پس‌زمینه بالا شناور می‌مانند و شناسایی آنها با استفاده از سیستم‌های رادار کلاسیک دشوار می‌شود. در مقابل، رادارهای کوانتومی به طور موثرتری عمل می‌کنند و از درهم تنیدگی کوانتومی به منظور افزایش حساسیت خود جهت شناسایی کوچکترین بازتاب‌های سیگنالی در محیط‌های پرنویز استفاده می‌کنند.

بر اساس در هم تنیدگی کوانتومی، در سامانه‌های مرکب می‌توان با وضعیت‌هایی مواجه شد که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند بلکه فقط سامانه کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است. به عنوان مثال می‌توان به درهم‌تنیدگی و جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره اشاره کرد که پیش‌تر با یکدیگر در اندرکنش بوده‌اند و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند. در هم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون‌ها، الکترون‌ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین و قطبش و غیره است به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره، همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.

دکتر پیراندولا می‌گوید: رادارهای کوانتومی می‌توانند عملکرد فوق‌العاده‌ای به ویژه در رژیم‌های کم-فوتون داشته باشند. چنین ویژگی غیرتهاجمی در کاربردهای زیست پزشکی با برد کوتاه بسیار مهم است. در بلند مدت می‌توان به لطف استفاده از فوتون‌های درهم تنیده کوانتومی، از این طرح در فواصل کوتاه برای تشخیص وجود نقص در نمونه‌های بیولوژیکی و یا بافت‌های انسانی به روش کاملا غیرتهاجمی بهره برد.

روش ما می‌تواند به منظور توسعه طیف‌سنجی NMR غیرتهاجمی پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدهای شکننده مورد استفاده قرار بگیرد. در پزشکی، این تکنیک‌ها را با هدف کاهش دوز تابشی که توسط بیماران جذب می‌شود، می توان به تصویربرداری تشدید مغناطیسی اعمال کرد.»

تشدید مغناطیسی هسته‌ای یک پدیده فیزیکی بر اساس مکانیک کوانتومی است. در واقع در حضور یک میدان مغناطیسی قوی، انرژی هسته‌های عناصر مشخصی به علت خواص مغناطیسی این ذرات به دو یا چند تراز کوانتیده شکافته می‌شوند. الکترون‌ها نیز به طریقی مشابه هسته عمل می‌کنند. انتقالات میان ترازهای انرژی القا شده مغناطیسی حاصل می‌تواند با جذب تابش الکترومغناطیسی با بسامد مناسب انجام شود. درست شبیه انتقالات الکترونی که با جذب تابش فرابنفش یا مرئی صورت می‌پذیرد. اختلاف انرژی بین ترازهای کوانتومی مغناطیسی برای هسته‌های اتمی به مقداری است که با تابش در گستره‌ای از ۰٫۱ تا ۱۰۰MHz  مطابقت دارد. طیف‌بینی NMR هم به منظور کارهای کمی و هم به منظور شناسایی کیفی مولکول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر چند که قدرت اصلی این دستگاه در شناسایی کیفی ترکیبات آلی و زیستی بسیار پیچیده‌است. در حالت عادی اختلاف انرژی بین ترازهای اسپین هسته صفر است، اما زمانی که اتم‌ها در حضور میدان مغناطیسی قرار میگیرد بر اساس خصوصیت زیمن، حالت تبهگن سیستم کاهش پیدا می کند. با نا پدید شدن میدان اتم تشدید کرده و تابش‌های را از خود نشان می دهد که به این حالت تشدید مغناطیس هسته گفته می‌شود.

.

کلید واژه ها: رادار - کوانتوم - سلول سرطانی -
نظرات شما

[کد امنیتی جدید]