La Révolution de l’Imagerie Microscopique : Une Nouvelle Technique Quantique
Les avancées dans le domaine de l’imagerie microscopique ont récemment franchi un cap important grâce à des chercheurs de l’Université de Brown. Une nouvelle technique d’imagerie, basée sur la quantique et l’entrelacement, permet de créer des images en 3D d’une précision inédite. Cette méthode pourrait résoudre un problème longtemps négligé dans le domaine : le phase wrapping.
Une Technique Innovante
Les étudiants en premier cycle, Moe (Yameng) Zhang et Wenyu Liu, ont présenté leurs travaux lors de la dernière Conférence sur les Lasers et l’Électro-Optique. Sous la supervision du chercheur associé senior Petr Moroshkin et du professeur Jimmy Xu, ils ont développé ce projet qui pourrait révolutionner notre manière de voir les structures à l’échelle microscopique.
«Nous introduisons la Holographie Multi-longueur d’Onde Quantique», déclare Zhang, étudiant en physique de l’ingénierie. Cette technique permet d’obtenir des informations précises sur l’épaisseur des objets, facilitant ainsi la création d’images 3D précises en utilisant des photons indirects.
Xu ajoute : « Vous pourriez dire qu’il s’agit d’une imagerie infrarouge sans caméra infrarouge. Cela semble impossible, mais ils l’ont fait. » Cette technique offre une résolution de profondeur inégalée dans les images générées.
Le Fonctionnement de l’Imagerie Microscopique
Les méthodes d’imagerie traditionnelles, comme les rayons X et les photographies, capturent la lumière réfléchie d’un objet. En revanche, l’imagerie quantique exploite l’entrelacement quantique, où deux photons peuvent influencer l’un l’autre même à distance. Dans cette approche, un photon est désigné comme "idler" et l’autre comme "signal". Le photon idler, qui scanne la cible, permet de générer une image de celle-ci.
Les chercheurs de Brown ont utilisé un cristal non linéaire pour créer des photons idlers à partir de photons infrarouges entrelacés avec des photons visibles. Cette combinaison s’est avérée être la plus efficace pour rendre les images.
Liu précise : « Les longueurs d’onde infrarouges sont idéales pour l’imagerie biologique car elles pénètrent la peau et sont sûres pour les structures délicates. Cependant, elles nécessitent des détecteurs infrarouges coûteux. Notre approche nous permet d’utiliser l’infrarouge pour sonder un objet, tout en détectant avec de la lumière visible. Ainsi, nous pouvons utiliser des détecteurs en silicium, moins coûteux. »
Résoudre le Problème de la Phase Wrapping
Les chercheurs ont dû surmonter le défi du phase wrapping, qui se produit lors de l’utilisation de la phase des ondes lumineuses pour déterminer la profondeur des contours d’une cible. Ce phénomène se manifeste lorsque les pics et les creux de la phase ne sont pas aussi profonds que les contours qu’ils imaginent, causant des effets de superposition.
L’approche choisie par l’équipe de Brown a consisté à utiliser deux ensembles de photons entrelacés à différentes longueurs d’onde. Cela a permis d’obtenir une mesure de profondeur bien plus précise, conduisant à des images d’une fidélité sans précédent.
« En utilisant deux longueurs d’onde légèrement différentes, nous créons effectivement une longueur d’onde synthétique beaucoup plus longue — environ 25 fois plus longue que les originales », explique Liu. Cela permet d’obtenir une zone mesurable beaucoup plus large, applicable aux cellules et autres matériaux biologiques.
L’équipe a testé sa technique sur une lettre "B" de 1,5 millimètre, fabriquée en métal. Ce test a prouvé que l’entrelacement quantique pouvait générer des images 3D d’une grande fidélité. Liu a même reçu le prix Ionata de l’École d’ingénierie pour son projet, récompensant sa créativité et son imagination.
Des Retombées Prometteuses pour la Science
La participation à la conférence a permis à Zhang et Liu d’échanger avec des pionniers du domaine. « C’était vraiment une opportunité incroyable », témoigne Zhang. Leurs travaux pourraient ouvrir la voie à de nouvelles applications dans la recherche biomédicale et d’autres domaines où une imagerie à haute précision est requise.
En conclusion, l’innovation en matière de technique d’imagerie microscopique présentée par les étudiants de l’Université de Brown représente une avancée significative dans le domaine de l’imagerie quantique. Grâce à leur méthode, il devient possible de capturer des images 3D précises sans recourir à des équipements coûteux et complexes. Cela ne fait qu’illustrer le potentiel colossal de la recherche dans le domaine de la technologie quantique et son impact sur divers secteurs scientifiques. Ces découvertes ouvrent également de nouvelles perspectives pour comprendre les systèmes biologiques et leurs interactions à l’échelle microscopique, plaçant les chercheurs de l’Université de Brown à la pointe de cette révolution.