Квантовая запутанность улучшит ядерную медицину

❋ 5.2

Ученые нашли способ получать информацию из гамма-излучения, которое не может достигнуть детекторов при ПЭТ-сканировании организма. Новый метод позволит точнее и более безопасно для пациентов проводить медицинские исследования.

Физика

# квантовая запутанность

# ПЭТ

# томография

# ядернная медицина

ПЭТ-аппарат и система доставки радиоактивного контраста / © Texas Heart Institute

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ-сканирование) — один из самых эффективных методов диагностики рака и ценный инструмент для выявления болезни Альцгеймера. Этот метод позволяет наблюдать, как функционируют органы и ткани, отслеживая предварительно введенное в организм радиоактивное вещество.

Некоторые клетки, такие как раковые, поглощают больше глюкозы и выглядят ярче на ПЭТ-скане. Принцип действия метода такой: радиоактивный материал испускает частицы-позитроны, они аннигилируют с электронами в организме с испусканием гамма-излучения. Оно попадает в детекторы ПЭТ-сканера, по его характеристикам можно построить трехмерную картину исследуемой части организма. Опухоли генерируют больше гамма-частиц, чем здоровые ткани.

Обнаружение гамма-частиц затруднено тем, что они рассеиваются и теряют энергию до попадания в детектор. Это явление известно как «мусорные» рассеянные события. Исследование специалистов из Йоркского университета нацелено на использование этих рассеянных сигналов с помощью квантовой физики для повышения точности ПЭТ-сканирования.

Квантовая запутанность — явление, при котором частицы взаимосвязаны таким образом, что состояние одной мгновенно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Ученые научились генерировать гамма-частицы в состоянии квантовой запутанности. Новое исследование показало, что квантовая запутанность в значительной степени сохраняется в процессе рассеяния гамма-частиц.

Этот результат открывает возможности для использования искусственного интеллекта и машинного обучения в анализе данных, создаваемых в результате таких событий. Наблюдение за второй запутанной частицей позволит получать больше данных из одного раунда томографического исследования. Это, в свою очередь, может привести к созданию более чувствительных диагностических инструментов и потенциально снизить дозу облучения для пациентов.

«Надежность квантовой запутанности между ПЭТ-фотонами стала для нас настоящим сюрпризом. Теперь, когда мы понимаем эту квантовую запутанность на более фундаментальном уровне, применение квантовой информации в ПЭТ-сканировании стало вполне реальной возможностью», — объяснил глава проекта, профессор Дэниел Уоттс (Daniel Watts), председатель кафедры адронной и ядерной физики Йоркского университета (Великобритания).

Новое исследование в области квантовой запутанности может значительно улучшить методы диагностики заболеваний, таких как рак и болезнь Альцгеймера.

Научная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.