浙江
奥地利多个科研团队近日提出并正在验证一项突破性技术方案：通过将小型离子阱量子计算机直接集成到电子显微镜中，利用量子纠缠效应充分提取电子所携带的量子信息，从而在大幅减少对脆弱样本辐射损伤的同时，显著提升显微成像的清晰度。
这一由维也纳工业大学、维也纳大学、林茨约翰开普勒大学以及因斯布鲁克大学联合开展的项目，有望彻底打破传统电子显微镜在观测生物大分子等脆弱样本时面临的成像难题。
在常规电子显微镜成像中，科研人员往往面临不可调和的矛盾。获得高对比度、低噪点的清晰图像通常需要增加穿透样本的电子剂量，但这极易破坏蛋白质分子等极度敏感的生物材料。如果为了保护样本而刻意减少电子轰击量，微弱的成像信号又极易被随机噪声淹没。传统显微镜仅将电子视作撞击探测器的计数粒子，直接丢弃了电子本身所携带的大量额外量子信息。
为了解决这一物理局限，研究团队设计了一套全新的量子耦合机制。当电子束穿过显微镜并在光路中行进时，科研人员引导它们与预先被捕获固定的离子发生受控相互作用，使穿透样本的电子与离子阱量子计算机产生量子纠缠，并在离子中完整保存电子所承载的样品状态信息。当后续电子接连穿过并再度与系统发生纠缠时，量子计算机会执行专门设计的算法操作，将来自多个电子的量子信息进行最优化组合，使原本在经典统计测量下无法辨识的微弱信号转换为高对比度的有效图像，从而在数学和物理层面突破了传统电子显微镜的统计极限。
该方案的理论优势此前已通过严密的数学证明获得证实。目前，研究团队正在维也纳工业大学透射电子显微镜大学服务中心进行首套原型系统的工程搭建与实验验证，将因斯布鲁克大学研发的离子基量子计算机硬件与透射电镜实体进行精密结合。若后续实验验证达到理论预期，这一融合技术将使得在无损状态下观测单个脆弱蛋白质和生物样本细微结构成为可能，为结构生物学与纳米材料科学开辟全新的微观观测路径。
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