Квантова заплутаність покращить ядерну медицину.

Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ-сканування) — один з найефективніших методів діагностики раку та цінний інструмент для виявлення хвороби Альцгеймера. Цей метод дозволяє спостерігати, як функціонують органи та тканини, відстежуючи попередньо введену в організм радіоактивну речовину.

Деякі клітини, такі як ракові, поглинають більше глюкози і виглядають яскравіше на ПЕТ-скані. Принцип дії методу полягає в тому, що радіоактивний матеріал випускає частинки-позитрони, які аннігілюють з електронами в організмі, вивільняючи гамма-випромінювання. Воно потрапляє в детектори ПЕТ-сканера, за його характеристиками можна побудувати тривимірну картину досліджуваної частини організму. Пухлини генерують більше гамма-частинок, ніж здорові тканини.

Виявлення гамма-частинок ускладнюється тим, що вони розсіюються і втрачають енергію до потрапляння в детектор. Це явище відоме як «сміттєві» розсіяні події. Дослідження спеціалістів з Йоркського університету націлене на використання цих розсіяних сигналів за допомогою квантової фізики для підвищення точності ПЕТ-сканування.

Квантова заплутаність — явище, при якому частинки взаємопов’язані таким чином, що стан однієї миттєво впливає на стан іншої, незалежно від відстані між ними. Вчені навчилися генерувати гамма-частинки в стані квантової заплутаності. Нове дослідження показало, що квантова заплутаність у значній мірі зберігається під час розсіювання гамма-частинок.

Цей результат відкриває можливості для використання штучного інтелекту та машинного навчання в аналізі даних, що створюються в результаті таких подій. Спостереження за другою заплутаною частинкою дозволить отримувати більше даних з одного раунду томографічного дослідження. Це, в свою чергу, може призвести до створення більш чутливих діагностичних інструментів і потенційно знизити дозу опромінення для пацієнтів.

«Надійність квантової заплутаності між ПЕТ-фотонами стала для нас справжнім сюрпризом. Тепер, коли ми розуміємо цю квантову заплутаність на більш фундаментальному рівні, застосування квантової інформації в ПЕТ-скануванні стало цілком реальною можливістю», — пояснив керівник проекту, професор Деніел Уоттс (Daniel Watts), голова кафедри адронної та ядерної фізики Йоркського університету (Великобританія). 

Нове дослідження в галузі квантової заплутаності може значно покращити методи діагностики захворювань, таких як рак і хвороба Альцгеймера. 

Наукова робота опублікована в журналі Physical Review Letters.