探討量子光照射老鼠視網膜色素上皮細胞的影響

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姓名

李欣燁(LEE, HSIN-YEH) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

探討量子光照射老鼠視網膜色素上皮細胞的影響
(Discussing the impact of quantum light irradiation on retinal pigment epithelial cells in mice)

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摘要(中)

隨著AI和量子科學的蓬勃發展，許多醫療的檢測都朝向精準醫學的目標而努力，本研究的目的是探討量子光學對人體視神經檢測的可行性。我們利用白老鼠視網膜色素上皮細胞來模擬。本論文設定量測的模擬條件包括：波長為1560nm的紅外光雷射、老鼠視網膜上皮細胞的折射率為1.353，並將樣品細胞分成四組，分別為母老鼠的左眼、右眼、公老鼠的右眼、子老鼠的右眼，樣品的截面直徑為10µm，厚度為0.8µm，通過Python模擬量子光學SPDC的過程，我們模擬10到50個光子數目照射老鼠視網膜上皮細胞，分別量測活體細胞、死亡細胞，並先在S路徑上只放母細胞左眼，經S與I路徑干涉後的數據做為對照組，再比較四組細胞試片分別放在S路徑上串聯或者放在S路徑與I路徑上並聯方式放置試片，所得到每一組相干性的結果與對照組比對相干性的差異程度，來觀察量子光量測用於細胞的鑑別度的可靠性。

摘要(英)

With the booming development of AI and quantum science, many medical tests are striving towards the goal of precision medicine. The purpose of this study is to explore the feasibility of quantum optics for human optic nerve detection. We simulate using the retinal pigment epithelial cells of white mice. The simulated conditions set in this paper include: an infrared laser with a wavelength of 1560nm, the refractive index of the mouse’s retinal epithelial cells is 1.353, and the sample cells are divided into four groups, namely the left eye of the mother mouse, the right eye, the right eye of the male mouse, and the right eye of the child mouse. The cross-sectional diameter of the sample is 10 microns, the thickness is 0.8 microns, and the process of quantum optics SPDC is simulated through Python. We simulate the irradiation of 10 to 50 photons on the retinal epithelial cells of mice, measure live cells and dead cells respectively, and first put only the left eye of the mother cell on the S path, and the data after the interference of the S and I path is used as the control group. Then compare the coherence results obtained from each group of cell samples placed in series on the S path or placed in parallel on the S and I path and compare the degree of coherence difference with the control group to observe the reliability of quantum light measurement for cell discrimination.

關鍵字(中)

★ 量子光學
★ 量子相干性
★ 醫療檢測

關鍵字(英)

★ quantum optics
★ quantum coherence
★ medical testing

論文目次

摘要 iii
Abstract v
我的貢獻 viii
誌謝 x
目錄 xi
圖目錄 xv
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 2
1.3 研究重要性 3
1.4 研究目的 3
1.5 研究架構 4
第二章介紹 5
2.1 簡介 5
2.2 生理學理論 5
2.2.1 神經系統 5
2.2.2 視網膜色素上皮細胞（Retinal pigment epithelial） 6
2.2.3 視覺通路 8
2.3 近十年公共衛生眼科流行病學 9
2.4 脈衝雷射（Pulsed Laser）與可諧調雷射（Tunable Laser） 10
2.5 量子理論與技術 11
2.5.1 量子疊加態（Quantum superposition） 12
2.5.2 不確定原理（The uncertainty principle） 12
2.5.3 測量（Measurement）與塌縮（Collapse） 13
2.5.4 不可複製原理（No-cloning theorem） 13
2.5.5 布洛赫球面表示法（Bloch Sphere Representation） 13
2.5.6 量子糾纏（Quantum entanglement） 14
2.5.7 量子相干性（Quantum coherence）與量子退相干（Quantum decoherence） 16
2.5.8 量子隱形傳態（Quantum teleportation） 17
2.5.9 量子穿隧效應（Quantum tunneling effect） 18
2.6 量子腦動力學（Quantum Brain Dynamics） 18
2.7 量子光學（Quantum Optics） 19
2.7.1 光子量子性質 19
2.7.2 光子量子糾纏 19
2.7.3 光子量子隱形傳態 20
2.7.4 量子位元到量子光學的延伸 20
2.7.5 量子密鑰分發（Quantum Key Distribution） 21
2.7.6 Hong-Ou-Mandel (HOM) 效應與Hong-Ou-Mandel (HOM)干涉儀 21
2.8 量子邏輯閘（Quantum gates） 22
2.8.1 阿達馬閘（Hadamard Gate, H） 23
2.8.2 泡利閘（Pauli Gates,） 23
2.8.3 相位閘（Phase Gates） 23
2.8.4 受控NOT閘（controlled-NOT gate） 24
2.8.5 Toffoli閘（controlled-controlled-not gate） 24
2.9 非線性光學（Nonlinear optics） 24
2.9.1 非線性光學的分類 25
2.9.2 自發參量下轉換（Spontaneous Parametric Down-Conversion） 25
2.9.3 SPDC過程 25
2.9.4 SPDC過程分類 26
2.9.4.1 Type-0 SPDC 26
2.9.4.2 Type-I SPDC 26
2.9.4.3 Type-II SPDC 26
2.9.5 實驗設計 27
第三章：光路設計及模擬試驗 28
3.1 探討量子光照射老鼠視網膜色素上皮細胞的影響 28
3.2 實驗系統架構圖 28
3.3 研究對象 29
3.4 研究工具及研究變量 29
3.4.1 研究工具 30
3.4.2 研究變量 30
3.4.2.1 獨立變數 30
3.4.2.2 控制變數 31
3.4.2.3 實驗假設 35
3.5 資料處理、分析方法及資料解釋 35
3.5.1 實驗原理與步驟 35
3.5.1.1 實驗原理 35
3.5.1.2 實驗方向 36
3.5.1.3 實驗步驟 36
3.5.2 實驗分析 41
3.5.3 數據解釋及結果分析 43
第四章結論與未來展望 81
4.1 結論 81
4.2 未來展望 83
參考文獻 84

參考文獻

[1] Pablo Yepiz Graciano, Alí Michel Angulo Martínez, Dorilian Lopez-Mago, Gustavo Castro-Olvera, Martha Rosete-Aguilar, Jesús Garduño-Mejía, Roberto Ramírez Alarcón, Héctor Cruz Ramírez & Alfred B. U’Ren,” Interference effects in quantum-optical coherence tomography using spectrally engineered photon pairs”, 2019.
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指導教授

張榮森( Rong-Seng Chang)

審核日期

2024-7-18

推文