Kwantumlichtspectroscopie vertrouwt in plaats daarvan op een eigenschap van de kwantummechanica die verstrengeling wordt genoemd. Dit is een intrinsieke verbinding tussen deeltjes, wat betekent dat het ene foton niet kan veranderen zonder dat het andere ook verandert, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn. Recent onderzoek heeft een kwantumlichtspectroscopietechniek onderzocht, genaamd verstrengelde twee-fotonabsorptie (ETPA), die gebruik maakt van verstrengeling om de structuren van moleculen te onthullen en hoe ETPA met ultrahoge snelheden werkt om eigenschappen te bepalen die niet kunnen worden waargenomen met klassieke spectroscopie.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences .

Dit onderzoek toonde aan dat ETPA andere informatie over moleculen kan verkrijgen dan OPA- en TPA-technieken. EPTA lijkt efficiënter te zijn en te werken bij een lagere fotonenintensiteit. Hierdoor kunnen wetenschappers niet-klassiek licht gebruiken om toestanden van moleculen te bestuderen die fundamenteel verschillen van de toestanden die ze met klassieke lichttechnieken kunnen bestuderen.

Wetenschappers hebben vaak aangenomen dat de kleuren van de twee-fotonenabsorptie van kwantumlicht en klassiek licht hetzelfde zijn. In deze studie onthulden onderzoekers van de Universiteit van Michigan en Northwestern University door middel van een gecombineerde experimentele en theoretische studie van een belangrijk organisch molecuul, zinktetrafenylporfyrine, dat de kleuren van verstrengelde twee-fotonabsorptie opmerkelijk verschillen van de overeenkomstige klassieke tegenhanger en ook van resonante absorptie van één foton met fotonen met een dubbele frequentie.

Dit komt door de betrokkenheid van verschillende elektronisch aangeslagen toestanden. De resultaten laten zien dat de belangrijkste aangeslagen toestanden voor zowel klassieke als kwantumlichtexcitatie hoge elektronische verstrengelingen bezitten. De resultaten laten ook zien dat ETPA de mogelijkheid biedt om moleculen te onderzoeken met niet-klassiek licht die ontoegankelijk zijn met klassiek licht, of om hun kwantumlichtrespons te verbeteren onder extreem lage excitatie-intensiteit.

ETPA kan bijzonder nuttig zijn voor het oplossen van de al lang bestaande uitdaging van fotoschade en fototoxiciteit bij bio-imaging, vooral in complexe biologische moleculen. Dit zou het vermogen van onderzoekers vergroten om niet-destructieve beeldvorming van complexe biomoleculen uit te voeren. Van bijzonder belang is de implementatie van de ETPA-beeldvormingsmodaliteit om de ruimtelijke en temporele dynamiek van bacteriële genexpressie in de ondergrondse rhizosfeer op lange termijn te monitoren. Bovendien zou het identificeren van de kleuren van een dergelijke verstrengelde absorptie van twee fotonen kunnen leiden tot een verkorting van de data-acquisitietijd, terwijl een extreem lage excitatie-intensiteit behouden blijft.