德国团队开发首个可用光单独读取的分子量子比特

德国量子初创公司 NVision Quantum Technologies 与乌尔姆大学的研究人员成功设计出一种新型分子，该分子可用作量子比特，并能通过激光单独读取。相关研究成果已于 10 月 28 日发表在《自然》（Nature）期刊上。《化学世界》（Chemistry World）指出，这是首个能够通过光单独寻址与读取的分子量子比特。

长期以来，分子量子比特的发展落后于离子阱、超导电路和中性原子路线。NVision 目前计划将这类分子集成至光子芯片上，旨在证明分子量子比特同样具备大规模制造与扩展的潜力。

专为量子计算设计的分子结构

该分子为二([1,1′-联苯]-4-基)卡宾（di([1,1′-biphenyl]-4-yl)carbene），具备可独立寻址量子比特所需的四项核心特性：

• 在激光照射下，其三个电子自旋态中仅有一种状态会发出荧光；
• 自旋态持续时间充足，足以支持量子计算；
• 荧光亮度高，便于光学探测器读取；
• 发光波长高度稳定，能够支持量子纠缠。

在此项成果之前，科研人员只能对成团的分子量子比特进行群体读出，并计算其平均值。

NVision 透露，团队通过计算机筛选了 150 多种候选分子，并在实验室合成了其中 40 种。研究人员将稳定的前体置于由近乎相同分子构成的晶体中，降温至 4.5 开尔文（Kelvin），并使用激光将其转化为活跃的量子比特。借助微波脉冲，研究团队将该量子比特的相干时间延长至 2.2 毫秒；在超过一小时的重复测试中，分子的发光频率几乎保持恒定。

芝加哥大学教授 David Awschalom 评价称，该成果展示了“高质量的分子量子比特架构”，是将分子量子比特与可扩展光通信平台整合的“重要一步”。麻省理工学院（MIT）教授 Danna Freedman 同样表示，实现单分子寻址是该领域的重大突破。

从晶体走向光子芯片集成

NVision 计划将这种分子融入其称为“光子集成量子电路”的硬件架构中。在该架构设计中，电子自旋负责通过光媒介与其它量子比特互连，核自旋则承担长寿命存储的作用。

NVision 宣布与薄膜铌酸锂光子技术企业 HyperLight 展开合作，预计于 2026 年第四季度推出首款原型集成芯片。公司的长期目标是制造出具备 1,000 个物理量子比特的系统，并在 2030 年前实现拥有 1,000 个容错逻辑量子比特的芯片。

NVision 首席技术官 Ilai Schwartz 表示，当前所有量子路线都面临如何扩展至数十万量子比特的难题。尽管工程挑战依然存在，但由于该方案基于现有的半导体代工工艺制造，无需另行新建晶圆厂即可推进规模化量产。