Исследователи из Германии научились управлять спином отдельной молекулы и считывать его состояние по свету. В исследовании, опубликованном в журнале Nature 28 октября 2026 года, карбен в кристаллической матрице сохранял когерентность спина до 2,2 миллисекунды при специальной последовательности микроволновых импульсов. Частота излучения молекулы оставалась стабильной более часа. Авторы показали молекулярный интерфейс между спином и фотоном, но не готовый узел квантовой сети.

Что нужно молекуле для связи через свет

Кубит хранит квантовую информацию в состоянии спина, а фотон может переносить её между удалёнными устройствами. Для такой связи молекула должна достаточно долго сохранять спиновое состояние, испускать много полезных фотонов и делать это на стабильной частоте. Важно и другое: свет должен зависеть от состояния спина. Тогда по излучению можно определить это состояние и связать его с фотоном.

Команда встроила карбен в кристаллическую матрицу, охлаждала образец до 4,5 К и управляла спином микроволновыми импульсами. Состояние отдельной молекулы считывали по флуоресценции. Исследователи измерили ширину оптической линии 38 МГц и время спиновой релаксации 21 миллисекунду. При этом в узкую бесфононную линию, то есть в полезный для связи диапазон излучения, попадало около 2,1% света. Поэтому сбор достаточного числа фотонов остаётся ограничением.

Представим два удалённых устройства, в каждом из которых находится такой кубит. Если их молекулы излучают фотоны на достаточно близких и стабильных частотах, а свет несёт информацию о состоянии спина, фотоны могут связать эти состояния. Это условное объяснение принципа, а не результат опыта авторов: передачу запутанности между удалёнными узлами они не демонстрировали.

Эксперимент провели только при 4,5 К. Молекулы также выцветали при непрерывном воздействии лазера и микроволн: в этих условиях их срок жизни составлял около 119 часов. Авторы рассматривают возможность интеграции молекул с фотонными схемами, в том числе в виде тонких плёнок, однако работающую сеть или такую интеграцию в исследовании не показали. Подробнее о подготовке научной статьи.

Схема принципа спин-фотонного интерфейса; передача запутанности между сетевыми узлами в исследовании не демонстрировалась

Фото: geralt / Pixabay