Un sistema cuántico que involucra moléculas, utilizado para detectar materia oscura o interactuar con fotones.Un sistema cuántico molecular es una colección de moléculas cuyas propiedades cuánticas — como niveles de energía, espines o estados vibracionales — se aprovechan para un propósito específico, a menudo en detección o procesamiento de información cuántica. En el contexto de la detección de materia oscura, ciertas moléculas pueden actuar como sondas sensibles: sus estados rotacionales o de espín pueden ser perturbados por partículas de materia oscura que pasan, y esta perturbación puede leerse como una señal. De manera más amplia, los sistemas cuánticos moleculares se están explorando para computación cuántica, mediciones de precisión y simulación de fenómenos cuánticos complejos.
El uso de moléculas como sensores cuánticos surgió en la década de 2000, basándose en décadas de trabajo en espectroscopía molecular y enfriamiento láser. La propuesta específica de utilizar sistemas cuánticos moleculares para la detección de materia oscura se avanzó en la década de 2010, como parte de un esfuerzo más amplio para encontrar nuevas formas de sondear la elusiva partícula.
Las moléculas ofrecen un rico conjunto de grados internos de libertad — electrónicos, vibracionales y rotacionales — que pueden controlarse con láseres y campos electromagnéticos. Para la detección de materia oscura, la idea es usar moléculas con un momento dipolar eléctrico o magnético permanente, que se acopla a las interacciones débiles de las partículas de materia oscura. Cuando una partícula de materia oscura dispersa en una molécula, puede cambiar el estado rotacional o la orientación de espín de la molécula, y este cambio puede detectarse mediante espectroscopía. En la detección cuántica, las moléculas pueden prepararse en estados de superposición que son exquisitamente sensibles a campos externos, permitiendo mediciones de campos magnéticos, campos eléctricos o incluso fuerzas en el límite cuántico.
Los sistemas cuánticos moleculares se utilizan en relojes atómicos, magnetómetros para imágenes médicas (como la magnetoencefalografía) y en la búsqueda de materia oscura, donde ofrecen un enfoque complementario a los detectores tradicionales.
Algunos sistemas cuánticos moleculares pueden usarse para crear 'baterías cuánticas' — dispositivos que almacenan energía en los estados cuánticos de las moléculas, potencialmente cargándose más rápido que las baterías clásicas.
