Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/04/2020
Câmera quântica vira realidade e fotografa o invisível
Fotografia quântica
Engenheiros alemães construíram
uma câmera ultrassensível que forma as imagens capturando uma luz que nunca
entra em contato com o objeto que está sendo fotografado.
Ela funciona com base no
entrelaçamento quântico ‒ ou emaranhamento ‒, o mesmo comportamento que está
sendo usado nos qubits usados pelos computadores quânticos, e que estabelece
que duas partículas de luz, ou fótons, que estejam entrelaçadas, passam a
influenciar-se mutuamente, qualquer que seja a distância que as separe.
As câmeras atuais funcionam
capturando a luz que é refletida pelo objeto que está sendo fotografado ou
filmado. Elas funcionam muito bem para a luz visível, mas não são boas em
outras frequências ricas em informações sobre os objetos, como a faixa
infravermelha (temperatura), ultravioleta ou terahertz.
O entrelaçamento quântico entra
em cena justamente para permitir fazer imagens desses comprimentos de onda
extremos ‒ dito de outra forma, torná-los visíveis. Para isso, o entrelaçamento
"acopla" dois comprimentos de onda diferentes, aquele que se deseja
coletar, e a luz visível.
Câmera fotográfica
quântica
Em uma configuração conhecida
como interferométrica, um feixe de laser é enviado através de um cristal que
divide a luz, gerando dois feixes cujos fótons saem entrelaçados. Esses dois
feixes podem ter comprimentos de onda muito diferentes, dependendo das
propriedades do cristal, mas ainda assim continuarão intrinsecamente conectados
um ao outro devido ao fenômeno do entrelaçamento.
"Então agora, enquanto um
feixe de fótons na faixa infravermelha invisível é enviado ao objeto para
iluminação e interação, seu feixe gêmeo no espectro visível é capturado por uma
câmera. Como as partículas de luz entrelaçadas carregam a mesma informação, uma
imagem é gerada mesmo que a luz que chega à câmera nunca tenha interagido com o
objeto real", explica o professor Markus Gräfe, do Instituto de Pesquisa
em Óptica e Engenharia de Precisão, na Alemanha.
Desta forma, o fóton gêmeo
visível fornece todas as informações sobre o que está acontecendo com seu gêmeo
invisível conforme ele atinge o objeto ‒ simultaneamente e à distância.
"Nós fomos capazes de
demonstrar que todo esse complexo processo pode ser realizado de forma robusta,
compacta e portátil", disse Grafe. Mas não tão portátil assim, com a
equipe afirmando que deseja agora miniaturizar tudo para o tamanho de uma caixa
de sapatos.
Observação da vida
A captura de imagens na faixa
infravermelha e terahertz promete revelar muitas informações que permanecem
invisíveis aos olhos dos cientistas.
Por exemplo, bio-substâncias
como proteínas, lipídios e outros componentes bioquímicos podem ser
distinguidos com base em suas vibrações moleculares características. Essas
vibrações são estimuladas pela luz na faixa de infravermelho médio a terahertz
e são muito difíceis de se detectar com as técnicas convencionais de microscopia
ou espectroscopia.
Se esses movimentos puderem ser
capturados ou induzidos, será possível ver exatamente como certas proteínas,
lipídios e outras substâncias estão distribuídas nas amostras de células. Por
exemplo, alguns tipos de câncer têm uma concentração característica ou
expressão de certas proteínas. Isso significa que a doença pode ser detectada e
tratada com mais eficiência.
O conhecimento mais preciso da
distribuição das bio-substâncias pode trazer grandes avanços também na pesquisa
de novos medicamentos.
Microscópio de
varredura quântico
O princípio também pode ser
usado na faixa espectral ultravioleta: a luz UV danifica facilmente as células,
de forma que amostras vivas são extremamente sensíveis a essa luz, limitando
significativamente o tempo disponível para investigar, por exemplo, processos
celulares que duram várias horas ou mais.
Como menos luz e doses menores
de radiação penetram nas células dos tecidos durante a operação da câmera
quântica, elas podem ser observadas e analisadas em alta resolução por períodos
mais longos sem correr o risco de serem destruídas.
Outro passo que a equipe espera
dar é criar um microscópio quântico de varredura. Em vez de a imagem ser
capturada com uma câmera de campo amplo, ela será digitalizada, semelhante a um
microscópio de varredura a laser.
Os pesquisadores esperam que
isso produza resoluções ainda mais altas de menos de um micrômetro, permitindo
o exame de estruturas dentro de células individuais com ainda mais detalhes ‒
as células medem cerca de dez micrômetros, em média. A longo prazo, eles querem
ver a imagem quântica integrada nos sistemas de microscopia existentes como uma
tecnologia básica, reduzindo assim as barreiras para os usuários do setor
industrial.
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