יהלומים אידיאליים כגלאים ל- MRI

חוקרים המפתחים מחשב קוונטי גילו כי לאחד מהמועמדים שלהם לשמש כ “סיבית קוונטית” יש רגישות גבוהה לשדות מגנטיים

יהלומים, נאמר כבר בעבר, הינם הידידים הטובים ביותר של הבחורה. אולם, צוות חוקרים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה”ב (NIST), שכלל בתוכו גם פיסיקאי, גילה לאחרונה כי אבני-חן עשויים להתברר כמו-כן כידידם הטוב ביותר של החולים.

יעדו ארוך-הטווח של מחקר זה היה הפיתוח של מחשבים קוונטיים, אולם הוא הוליד גם תוצאות שיוכלו להביא ליישומים מיידיים יותר במדעי הרפואה. הממצא שלהם, שלאחד מהמועמדים שלהם לשמש כ “סיבית קוונטית” יש רגישות גבוהה לשדות מגנטיים, מרמז כי התקנים דמויי-MRI (תהודה מגנטית גרעינית), המסוגלים לבחון פרודות תרופה פרטניות ותאים חיים, ניתנים לפיתוח.

המערכת המועמדת, המורכבת מאטום חנקן המצוי בתוך גביש יהלום, הינה מבטיחה לא רק בשל יכולתה לחוש שינויים מגנטיים בקנה-מידה אטומי, אלא גם בשל העובדה כי היא פועלת בטמפרטורת החדר. רוב ההתקנים האחרים המשמשים במחשוב קוונטי או בחישה מגנטית חייבים להיות מקוררים עד כמעט האפס המוחלט לשם פעילותם, מה שמקשה להציבם קרוב לרקמות חיות. אולם, השימוש בחנקן כחיישן או מתג יוכל להביא להימנעות ממגבלה זו.

יהלום, המורכב מפחמן טהור, לרוב מכיל בתוכו רמה זעירה של פגמים בתוככי הסריג הגבישי. פגם נפוץ הינו “חלל חנקן”, שבו שני אטומי פחמן מוחלפים ע”י אטום יחיד של חנקן, בעודו מותיר את מקומותיהם של הפחמנים המקוריים פנויים. חללי חנקן אלו אחראים בחלקם לברק המפורסם של יהלומים, מאחר והם בעצם זוהרים: כאשר אור ירוק פוגע בהם, שני האלקטרונים הבלתי-מזווגים המעוררים של אטום החנקן פולטים צבע אדום.

הצוות הצליח להשתמש בשינויים קלים אלו בקרינה בכדי לקבוע את הספין המגנטי של אלקטרון יחיד בחנקן. ספין הינו מאפיין קוונטי בעל ערך שיכול להיות “מעלה” או “מטה”, ועל-כן, יכול להיות מיוצג באמצעות הספרה אחת או אפס בשפה בינארית. הישגו האחרון של הצוות היה להעביר את המידע הקוונטי הזה שוב ושוב בין אלקטרון החנקן לבין הגרעין של אטומי פחמן שכנים, ליצירת מעגל חשמלי קטן המסוגל לבצע פעולות לוגיות (כן/לא, 0/1). קריאת מידע ספין המועבר כסיבית (ביט) קוונטית – משימה יסודית של מחשב קוונטי – הייתה אתגר מרתיע, אולם הצוות הדגים עתה כי ע”י העברת המידע הלוך וחזור בין האלקטרון לבין הגרעין ניתן להגביר את המידע כך שקל יותר לקראו.

ועדיין, הפיסיקאי התיאורטי Jacob Taylor מסביר כי הממצאים הינם “מתקדמים, לא מהפכניים” עבור התחום של מחשוב קוונטי והיכולת של עולם הרפואה לזכות בתועלת מעשית מפעילותו. החוקר מדמיין חיישנים שבקצותיהם יהלומים, המבצעים בדיקות של תהודה מגנטית על תאים פרטניים בתוככי הגוף, או על חומרים שחברות התרופות מעוניינות לבחון אותם – סוג של סורק MRI מיקרוסקופי.

“עד היום, פעולות אלו לא היו אפשריות מכיוון שבשני המקרים השדות המגנטיים כה זעירים,” מסביר החוקר הראשי. “אולם, לשיטה שלנו יש רעילות מועטה ביותר וניתן לבצעה בטמפרטורת החדר. השיטה תוכל לספק לנו אפשרות “להביט” פנימה לתוככי תא יחיד ולדמיין מה מתרחש בדיוק בנקודות שונות בתוכו.”

הידיעה ממכון המחקר