Квантовая запутанность может совершить прорыв в ядерной медицине

Новости МирТесен

Благодаря новой разработке ученые получили возможность извлекать информацию из гамма-излучения, которое обычно не регистрируется при позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Данный подход позволит проводить медицинские исследования с большей точностью и снизить риски для здоровья пациентов.

Позитронно-эмиссионная томография, или ПЭТ-сканирование, является одним из наиболее результативных методов диагностики онкологических заболеваний и важным инструментом в выявлении болезни Альцгеймера. Этот метод позволяет наблюдать, оценить работу органов и тканей посредством отслеживания радиоактивного вещества, предварительно введенного в организм.

Определенные типы клеток, например, раковые, потребляют повышенное количество глюкозы, что проявляется в виде более интенсивного свечения на ПЭТ-скане. Метод основан на следующем принципе: радиоактивное вещество выделяет частицы-позитроны, которые аннигилируют с электронами в организме, сопровождаясь испусканием гамма-излучения. Полученное гамма-излучение регистрируется детекторами ПЭТ-сканера, что позволяет создать трехмерное изображение исследуемого участка тела. Поскольку опухоли производят больше гамма-частиц, чем здоровая ткань, они визуализируются более четко.

Определить гамма-частицы сложно из-за их рассеяния и потери энергии в процессе достижения детектора. Такие рассеянные события часто называют «мусором». Ученые из Йоркского университета проводят исследования, направленные на применение принципов квантовой физики для анализа этих рассеянных сигналов и повышения точности ПЭТ-сканирования.

Квантовая запутанность представляет собой феномен, характеризующийся взаимосвязанностью частиц: состояние одной из них мгновенно определяет состояние другой, вне зависимости от расстояния между ними. Специалистам удалось создать гамма-частицы, находящиеся в состоянии квантовой запутанности. Согласно последним исследованиям, квантовая запутанность в значительной степени сохраняется при рассеянии гамма-частиц.

Полученные результаты открывают перспективы для применения технологий искусственного интеллекта и машинного обучения при обработке данных, получаемых в ходе подобных процессов. Отслеживание второй запутанной частицы позволитпозволит извлекать больше информации из одного цикла томографического исследования. Это, в свою очередь, может способствовать разработке более чувствительных диагностических устройств и потенциально уменьшить дозу облучения для пациентов.

«Удивительная стабильность квантовой взаимосвязи между фотонами, генерируемыми ПЭТ-сканером, оказалась для нас неожиданностью. Благодаря более глубокому пониманию этой квантовой взаимосвязи, использование квантовых технологий в процессе позитронно-эмиссионной томографии открывает вполне реальные перспективы», — заявил руководитель проекта, профессор Дэниел Уоттс ( Daniel Watts), возглавляет кафедру адронной и ядерной физики Йоркского университета, расположенного в Великобритании).

Новое исследование, посвященное квантовой запутанности, способно внести существенный вклад в развитие науки улучшитьизменить подходы к диагностике таких недугов, как онкологические заболевания и болезнь Альцгеймера.

Научная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.