Une impression d’artiste du microscope quantique, qui utilise des paires de photons avec des corrélations quantiques pour obtenir des images d’échantillons à haute résolution avec une lumière moins intense.
Des chercheurs australiens ont fait la démonstration d’un microscope quantique capable de franchir un obstacle fondamental auquel sont confrontés les microscopes ordinaires et de voir de minuscules structures normalement invisibles. Le dispositif « comprime » la lumière pour obtenir des images beaucoup plus nettes.
Les microscopes optiques fonctionnent en projetant de la lumière sur un échantillon, mais les photons de cette lumière peuvent être intrinsèquement aléatoires, ce qui crée du bruit dans les images. Le moyen le plus simple de contourner ce problème consiste à augmenter l’intensité de la source lumineuse, ce qui accroît le nombre de photons, mais à partir d’un certain point, cette lumière vive commence à nuire à l’échantillon, en particulier lors de l’imagerie de cellules vivantes et de micro-organismes.
Cela crée une limite fondamentale à la résolution et à la sensibilité. Aujourd’hui, des chercheurs de l’université du Queensland ont trouvé un moyen de contourner cette limite, en puisant dans le monde étrange de la physique quantique.
Le nouveau microscope utilise deux sources de lumière laser, dont l’une est redirigée à travers un cristal de phosphate de titanyle et de potassium. Cela crée essentiellement des corrélations quantiques entre les paires de photons du faisceau lumineux, leur permettant de renvoyer plus d’informations sur l’échantillon que les photons « ordinaires ». Le résultat final est des images à plus haute résolution à partir d’intensités lumineuses plus faibles.
Le microscope quantique a encore beaucoup de marge de progression
« Les meilleurs microscopes lumineux utilisent des lasers brillants qui sont des milliards de fois plus brillants que le Soleil », explique Warwick Bowen, auteur principal de l’étude. « Les systèmes biologiques fragiles comme une cellule humaine ne peuvent y survivre que peu de temps, ce qui constitue un obstacle majeur. L’intrication quantique dans notre microscope offre une clarté améliorée de 35 % sans détruire la cellule, ce qui nous permet de voir d’infimes structures biologiques qui seraient autrement invisibles. »
L’équipe a testé la technique sur des cellules de levure et a pu voir de minuscules structures comme la membrane cellulaire, le cytosol (le liquide à l’intérieur de la cellule) et les organites. Toutes ces structures sont apparues avec une clarté bien supérieure à celle de la plupart des microscopes.
Aussi intrigante que soit cette technologie, il y a encore beaucoup de place pour l’amélioration. Selon l’équipe, le gain en soi est assez modeste et la technique est encore relativement inefficace, mais avec des travaux supplémentaires, ces gains pourraient être augmentés d’un ordre de grandeur.
