量子技术如何彻底改变疾病的检测和治疗

当你听到“量子”这个词时，你可能会想到物理学家正在研究一种新的突破性理论。或许你已经读过量子计算机以及它们如何改变这个世界。但是一个鲜为人知的领域也开始收获量子领域医学的好处。

作为欧盟量子技术旗舰计划的一部分，欧洲正在开发许多量子技术来改造各种领域。特别是医学看起来有望获得，目前正在进行几个项目，看看我们如何能够更容易地改善医学成像或检测某些疾病。

其中一个项目是macQsimal，它使用称为量子传感器的小型设备来彻底改变几个领域 - 量子化原子钟，陀螺仪，磁力计，以及更精确的电磁辐射和气体浓度测量。该项目于2018年10月开始，希望将他们的想法作为首批量子技术推向市场。

“我们的目标是将产品作为原型投放市场，”来自瑞士电子和微技术中心(CSEM)的Jacques Haesler博士说道，他是macQsimal的项目协调员。“最后，(我们希望)能够采取进一步措施，然后将这些设备商业化。但我们还必须考虑下一代量子传感器，它将使用更多奇特的量子效应，如纠缠或状态的叠加。 “

量子传感器

量子传感器本质上是一个非常小的设备，可能是糖立方体的大小，可以使用量子世界的已知奇怪性进行非常精确的测量。在这里，粒子作为一个远距离连接，称为纠缠，或甚至一次出现在两个地方，称为叠加。

这在脑成像等方面尤其有用。目前，脑磁图(MEG)扫描仪依赖于必须通过液氮或液氦冷却的庞大设备。结果，机器不仅很大，而且它们不能靠近人的头骨来测量大脑活动 - 而是在传感器的帮助下从远处进行测量。

“我们的目标是用一种头盔替换这些仪器，你可以将所有传感器放在头骨上，这样你就可以提高测量的准确性，”Haesler博士说。“然后你可以用数百个传感器制作一个头盔。那么你就可以在颅骨上数百个不同的点上测量磁场的来源。”

macQsimal项目希望证明这可以使用它正在开发的磁力计。通过大幅缩小设备的尺寸，可以更容易地检测人脑中的疾病。希望在五年内，他们正在开发的技术可以在商业上使用。

还有其他好处，例如心脏成像 - 拍摄心脏图像以检查疾病 - 这些可以从这些更小和更准确的传感器中获益，以及药物发现 - 寻找新药来解决某些疾病。“很可能在医疗领域有更多的应用，”Haesler博士补充道。

通过研究一种称为超极化的量子技术，其他研究人员希望了解MRI扫描仪是否可以比现在更敏感和准确。这是一个名为MetaboliQS项目的项目的目标，该项目也始于2018年10月。

“我们基本上试图使MRI可能更敏感10,000倍，”项目协调员德国弗劳恩霍夫应用固态物理研究所的Christoph Nebel博士说。“使用注入的生物分子的超极化，这些分子被调整为在某些组织中累积。如果它们累积，MRI可以更容易地检测到正在发生的事情。”

超极化MRI涉及通过观察细胞和分子的微小物理来拍摄图像，以查看我们体内正在发生的事情。这是通过使用选择性生物标志物分子来完成的，目前需要将其冷却至-270°C然后升温至体温。这个过程不仅需要很长时间 - 至少30分钟 - 而且成本也非常高。

但是使用由钻石制成的量子传感器，MetaboliQS团队认为他们可以在温和冷却或室温下完成整个过程，根本不需要冷却。这可以使MRI机器更容易地观察体内对时间敏感的影响，例如癌组织，并且还可以拍摄更详细的图像。

“当您改善图像时，您会看到更多细节，您可以区分早期疾病或晚期疾病或死亡组织，”Nebel博士说。“拥有更好的图像意味着你可以更好地理解你的医学知识。”

这也可以为MRI扫描仪开辟新的途径，例如对植入物的研究或了解疾病在人体中的发展。如果成功，MRI成像可能是早在2020年受益于量子技术的第一批健康领域之一。“超极化绝对可能是量子技术的第一个真实(医学)应用，”Nebel博士说。

健康状况

如果这些项目取得成功，他们可以解决的条件范围很广。Haesler博士指出，在更准确的MRI扫描仪的帮助下，痴呆症和阿尔茨海默氏症都可以更容易地被诊断出来。并且心脏和大脑成像将受益，允许以更精细的细节看到其他问题。

“通过我们目前正在开发的这些量子传感器，你可以很好地发现新的神经元活动，”Nebel博士说。“我们基本上可以研究非常小的分子，生物系统。这基本上是纳米级的MRI。”

接下来的步骤将是将这些产品推向市场，并证明它们可以商业化。在欧盟量子旗舰计划的帮助下，希望像这样的技术可以成为一个对我们生活产生直接影响的激动人心的新量子时代的开始。

而这不仅仅是在医学领域内。该计划还在研究如何开发更好的原子钟和其他设备，以改善我们如何使用我们的移动电话网络。但是医疗应用可能会首先出现，对我们的健康至关重要。

“在五年内，我们认为原子钟和磁力计应该进入市场，”Haesler博士说。“我们还在开发第二代传感器，它们更灵敏，可能会在15到20年内进入市场。”