جزيء وحيد يصبح جسراً بين السِبين والضوء ⚡ экспресс
تُعد الواجهات البصرية التي تربط الكيوبتات المغزلية طويلة العمر بالفوتونات ضرورية للشبكات الكمومية. تتيح الأنظمة الجزيئية المُصنَّعة بطرق التخليق الكيميائي تحكمًا دقيقًا في البنية الذرية، ولكن حتى الآن لم يتمكن أحد من الحصول في آنٍ واحد على تألق فلوري ساطع، واستقرار طيفي، وأزمنة لف مغزلي طويلة وصولًا إلى تسجيل كيوبت جزيئي منفرد. تُظهر هذه الدراسة أن جزيء الكاربين ذا الحالة القاعية الثلاثية، عند وضعه في بلورة مضيفة متوافقة بنيويًا، يعمل كواجهة لف مغزلي-فوتونية موثوقة مع إمكانية العنونة لجزيء منفرد. وقد لوحظت خطوط طيفية ضيقة خالية من الفونونات، واستقرار طيفي لأكثر من ساعة، وانتقالات بصرية انتقائية للف المغزلي، ورنين مغناطيسي يمكن كشفه بصريًا. وأتاح التحكم المترابط الحصول على أزمنة فك ترابط بالميلي ثانية مع الفصل الديناميكي، وعشرات الميلي ثانية لزمن استرخاء اللف المغزلي عند درجة حرارة 4.5 كلفن. تجعل هذه النتائج الكيوبتات الجزيئية منصةً قابلة للتطبيق في البصريات الكمومية على الباعثات المنفردة، مع الحفاظ على مزايا التصميم الكيميائي.
تحتاج الشبكات الكمومية إلى وسيط بين وحدة التخزين – السِبين – والناقل – الضوء. لم يسبق لأي جزيء منفرد أن اضطلع بهذه المهمة. لكن الفيزيائيين وجدوا الآن حلاً. فقد وضعوا جزيء الكاربين داخل بلورة وبرّدوها إلى -269 درجة مئوية. وباستخدام القياسات البصرية، تبين لهم أن الجزيء يُصدر فوتونات مفردة لأكثر من ساعة، بينما يحافظ سِبينه – الخاصية المغناطيسية – على حالته لعشرات الميلي ثوانٍ. وهكذا أصبح الجزيء جسراً: سندٌ في عالم الضوء، وآخر في عالم المادة.
على الرغم من أن الجزيء أنحف من شعرة بعشرة آلاف مرة، إلا أنه يحافظ على الترابط الكمومي لفترة أطول من العديد من العيوب في المواد الصلبة. المدهش أن هذا الجسر المصنوع من الكربون والهيدروجين يعمل بكفاءة تفوق البلورات الاصطناعية المعقدة. والأهم من ذلك، يمكن تصميم مثل هذه الجسور كيميائياً، مثل قطع البناء، وتكييفها لأي مهمة. التجميع الكيميائي رخيص ودقيق، بخلاف التنمية الشاقة للبلورات المشوبة بعيوب. ربما تصبح هذه الجزيئات أساس الإنترنت الكمومي.
🎯 جزيء الكاربين الوحيد – المكوّن فقط من [tag:carbon]الكربون[/tag] و[tag:hydrogen]الهيدروجين[/tag] – أنحف بعشرة آلاف مرة من شعرة، لكن سِبينه يحتفظ بالحالة الكمومية لمدة أطول بمئات المرات من العديد من العيوب الذرية.
🎬 تبادل البيانات بين الجزيء والضوء يُذكّر بروايات الخيال العلمي عن أجهزة الاتصال الكمومية.