La diagnosi precoce attraverso la luce quantistica: lo studio di un team dell’Insubria sulla rivista Science Advances

La diagnosi precoce attraverso tecniche di misurazione quantistica alla spettroscopia risolta in tempo.
È il risultato di un’attività di ricerca che, da alcuni anni, porta avanti il team dell’Università dell’Insubria guidato da Matteo Clerici, professore associato di Fisica sperimentale della materia al Dipartimento di Scienza e alta tecnologia.

Recentemente è stata pubblicata, sulla prestigiosa rivista Science Advances, la prima dimostrazione sperimentale che illustra come l’utilizzo della radiazione quantistica possa migliorare la sensibilità della spettroscopia risolta in tempo, integrando così due ambiti di ricerca precedentemente distinti.

La spettroscopia risolta in tempo rappresenta una rivoluzione, stimolata dallo sviluppo della fisica dei laser a impulsi ultra-corti. Questa tecnologia migliora la sensibilità delle misure in diversi campi, tra cui la ricerca sui materiali, l’identificazione di sostanze esplosive o nocive, e la biologia e la medicina. Si basa sulla misura del campo elettrico a larghissima banda dopo che esso ha attraversato o è stato riflesso dal campione sotto analisi.

Grazie agli impulsi, in alcuni casi inferiori a 10 femtosecondi (un milionesimo di miliardesimo di secondo), è possibile misurare con estrema precisione la composizione molecolare di sistemi biologici. Questo permette, ad esempio, di identificare proteine e lipidi associati a malattie, migliorando la diagnosi precoce di patologie come il cancro, discriminando un tessuto sano da uno malato con maggiore anticipo rispetto ad altre tecniche.

Sebbene questa tecnologia sia ancora in via di sviluppo e non ancora validata pienamente nella ricerca medica, potrebbe fornire un contributo significativo anche nella diagnosi precoce di malattie cardiovascolari e disordini metabolici. Tuttavia, la sensibilità della spettroscopia risolta in tempo è attualmente limitata dalle proprietà quantistiche della luce, che introducono un rumore apparentemente irriducibile.

Gli studi di meccanica quantistica degli ultimi decenni hanno però sviluppato strumenti innovativi per superare questo limite. Tra questi la radiazione laser generata in cristalli non lineari, nota come “squeezed light” (luce compressa), possiede proprietà uniche che incrementano notevolmente la sensibilità di misure come quelle utilizzate nella rilevazione delle onde gravitazionali.

Nonostante i risultati riportati nell’articolo siano stati ottenuti in condizioni specifiche e richiedano ulteriori studi per essere applicabili a scenari pratici, questo traguardo rappresenta un passo importante per lo sviluppo futuro di questa potente tecnologia.