最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，一種使用量子科學的新成像技術可能會帶來新的藥物療法和治療選擇。滑鐵盧大學的研究人員在TransformativeQuantumTechnologies的支持下，證明了核磁共振衍射(NMRd)在原子尺度上研究結晶固體晶格結構的可行性，這一壯舉只有在更大規(guī)模的成像應用中才有可能實現(xiàn)比如磁共振成像(MRI)。
“NMRd于1973年被提出作為一種研究材料結構的方法，”該研究的主要作者之一、滑鐵盧量子計算研究所(IQC)的校友HolgerHaas博士說，他現(xiàn)在在IBM。“當時，作者認為他們的想法很荒謬而放棄了他們的想法。我們的工作非常接近于實現(xiàn)他們的這個瘋狂想法——我們已經證明，有可能在與許多生物學相關的樣本體積上研究原子長度尺度的結構。和物理系統(tǒng)。”
“NMRd在許多研究方向上開辟了各種各樣的能力，包括研究納米晶體和有機化合物，”哈斯補充道。在原子尺度上對蛋白質分子和病毒顆粒等生物結構進行成像的能力可以促進對其功能的理解，并可能導致新的藥物療法和治療選擇。
NMRd的工作原理是利用原子核中稱為自旋的特性，自旋是磁性的基本單位。當放置在磁場中時，由于這種自旋，原子核基本上充當了磁體。時變磁場可以擾亂自旋，改變自旋的角度——用技術術語來說，這被稱為在每個自旋中編碼一個相位。在特定的編碼時間，所有自旋都將指向初始方向。發(fā)生這種情況時，會觀察到衍射回波，可以測量該信號以找出樣品的晶格常數(shù)和形狀。每個原子核都會產生一個獨特的信號，可以用來辨別分子的結構。
實現(xiàn)原子尺度核磁共振的挑戰(zhàn)是難以在原子尺度上編碼相鄰核自旋之間的較大相對相位差，這意味著無法觀察到衍射回波。研究人員通過使用量子控制技術和產生大的、時間相關的磁場梯度克服了這一限制。有了這個，他們可以編碼和檢測兩百萬個自旋集合中的原子尺度調制，并以亞原子精度測量樣品中自旋集合的位移。
這項研究代表了在建立原子尺度核磁共振作為研究材料結構的工具方面取得了重大進展。
SahandTabatabaei，該研究的共同負責人和博士。IQC和滑鐵盧大學物理與天文學系的學生補充說：“現(xiàn)在我們已經接近能夠在原子長度尺度的晶格上進行NMRd，我們也可以真正開始研究更基礎的量子物理學，比如量子傳輸現(xiàn)象和原子長度尺度的量子多體物理學，以前從未在這種大小的樣本上做過。”
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