استفاده از محاسبات کوانتومی در MRI

محققان دانشگاه پترزبورگ می‌گویند می‌توان از محاسبات کوانتومی در حوزه‌هایی به جز الکترونیک نیز استفاده کرد. محققان این پژوهش نتایج کار خود را در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رساندند. در این مقاله آنها گامی به‌سوی تحقق دستگاه تصویربرداری مغناطیسی نانومقیاس برداشتند.

محققان دانشگاه پترزبورگ می‌گویند می‌توان از محاسبات کوانتومی در حوزه‌هایی به جز
الکترونیک نیز استفاده کرد. محققان این پژوهش نتایج کار خود را در نشریه Nature
Nanotechnology به چاپ رساندند. در این مقاله آنها گامی به سوی تحقق دستگاه
تصویربرداری مغناطیسی نانومقیاس برداشتند. در این سیستم تک الکترون‌ها روی بلور
الماس قرار گرفته‌اند.

دات از محققان این پروژه می‌گوید برای درک چگونگی کار این دستگاه تصور کنید یک
دستگاه MRI است با این تفاوت که به‌جای تمام بدن، یک مولکول یا گروهی از مولکول‌ها
درون سلول‌ها مورد آزمایش قرار می‌گیرند. روش‌های MRI رایج در این حجم کار نمی‌کنند
بنابراین دستگاهی باید ساخته شود که بتواند با این دقت کار کند.

برای ساخت چنین دستگاهی چالش‌های بسیاری پیش رو است. برای مثال چگونه می‌توان میدان
مغناطیسی را با استفاده از رزونانس تک الکترون‌ها درون بلور الماس اندازه‌گیری کرد.
رزونانس پدیده‌ای است که در آن جسم تمایل دارد در فرکانسی بالاتر از فرکانس اصلی
نوسان خود، نوسان کند. این پدیده در پیرامون ما به کررات رخ می‌دهد. برای مثال در
سازهای مختلف و ساعت‌های پاندولی از این پدیده استفاده می‌شود.

دات می‌گوید رزونانس ابزار بسیار قدرتمندی است زیرا فیزیک‌دان‌ها از آن برای
اندازه‌گیری مقادیر بسیار کمی از نیرو، جرم، میدان الکتریکی و مغناطیسی استفاده
می‌کنند. البته یک حد ماکزیممی نیز وجود دارد که اندازه‌گیری دقیق در زیر این حد
امکان پذیر است. در تصویربرداری مغناطیسی، این بدین معناست که تنها در یک بازه کوچک
از میدان، امکان تصویربرداری وجود دارد. این مسئله کار تصویربرداری را دشوار
می‌کند. با همه این دشواری‌ها در حال حاضر تصویربرداری انجام می‌شود اما باید از
پردازش‌های پیچیده برای ترسیم تصویر مناسب استفاده کرد. همچنین لازم است تا از
نرم‌افزار برای غلبه بر محدودیت‌های سخت افزار استفاده کرد، این موضوع منجر به
طولانی‌تر شدن و دشوارتر شدن فرآیند تفسیر می‌گردد.

این تیم تحقیقاتی از ترفتدی مبتنی بر محاسبات کوانتومی استفاده کردند تا بر محدودیت
سخت افزاری فائق آمده و تمام میدان مغناطیسی را روئیت کنند. با این کار محققان موفق
شدند نسبت میان ماکزیمم قدرت میدان قابل روئیت و دقت میدان را با فاکتوری ۱۰ برابر
نسبت به روش‌های استاندارد قبلی بهبود دهند. این پروژه گامی بسوی ساخت دستگاه MRI
نانومقیاس است که با آن می‌توان خواص مولکول‌ها را بررسی کرد.