El microscopio, inventado hace más de 350 años, ha evolucionado hasta convertirse en una herramienta esencial en numerosos campos científicos como la química, la biología, la clínica y la física. Permite a los expertos descubrir las estructuras internas de organismos y materiales invisibles a simple vista. Sin embargo, uno de los retos más significativos es que ciertas muestras delicadas, como algunas moléculas y células, pueden dañarse o morir bajo la exposición a radiaciones intensas de luz, lo que complica los experimentos de alta precisión.
La solución ideal para este problema es reducir la intensidad de la luz. No obstante, esto puede inducir ruido y disminuir la nitidez de la imagen, obscureciendo detalles cruciales. En respuesta a este desafío, se han desarrollado técnicas que posibilitan obtener imágenes claras de muestras sensibles sin dañarlas. Una técnica prometedora es el uso de luz cuántica.
El proyecto europeo Q-mic, lanzado en 2018, se ha centrado en la investigación de la microscopía cuántica. Los resultados recientes de este proyecto, específicamente del nuevo microscopio cuántico mejorado desarrollado por el consorcio, se publicaron en la revista Science Advances. En colaboración con el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y centros de Italia y Alemania, se demostró que este dispositivo emplea luz cuántica de muy baja intensidad para obtener imágenes con un amplio campo de visión, y con mayor sensibilidad y resolución que los microscopios convencionales.
“El microscopio Q-MIC es único porque ilumina la muestra con un tipo especial de luz, una ‘luz cuántica’. En lugar de luz normal, donde muchos fotones desordenados impactan la muestra, nuestra fuente cuántica utiliza pares de fotones entrelazados y los envía en pequeñas cantidades. Esto permite recuperar información de una manera más detallada y específica,” comentó Robin Camphausen del ICFO.
Generalmente, la luz de baja intensidad se usa para evitar dañar la muestra, pero esto aumenta el ruido de fondo y puede distorsionar detalles importantes. El nuevo microscopio utiliza patrones de interferencia de fotones entrelazados para reconstruir imágenes. Con el uso de fotones entrelazados y algoritmos avanzados, se redujo el nivel de ruido y se incrementó la sensibilidad de las mediciones en más del 25 % en comparación con técnicas convencionales.
Los investigadores validaron la mejora mediante pruebas con muestras de proteína A, una solución estándar de diagnóstico. Al iluminar las proteínas con luz clásica y cuántica, y al reconstruir los patrones de interferencia resultantes, se observó que la técnica cuántica producía imágenes más suaves y con menos ruido.
“Con la luz cuántica se reduce el nivel de ruido y, por tanto, la aleatoriedad, obteniendo mejor información sobre la imagen, especialmente en los bordes de la muestra. Esto es crucial para reconocer concentraciones, profundidades y alturas”, resumió Álvaro Cuevas, coautor del estudio del ICFO.
Los resultados son prometedores y abren una nueva forma de obtener imágenes mediante esta técnica. Valerio Pruneri, otro coautor del ICFO, destacó que este innovador dispositivo no solo tiene capacidades impresionantes, sino que también es aplicable en diversos campos, incluida la ciencia de los materiales, el análisis de superficies transparentes para la electrónica flexible y la criptografía cuántica para comunicaciones seguras.
En el estudio participaron investigadores del ICFO, la Universidad Politécnica de Milán y el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión de Alemania.
