Квантовая система, включающая молекулы, используемая для обнаружения тёмной материи или взаимодействия с фотонами.Молекулярная квантовая система — это совокупность молекул, чьи квантовые свойства, такие как энергетические уровни, спины или колебательные состояния, используются для конкретных целей, часто в сенсорике или квантовой обработке информации. В контексте обнаружения тёмной материи некоторые молекулы могут служить чувствительными зондами: их вращательные или спиновые состояния могут возмущаться пролетающими частицами тёмной материи, и это возмущение можно считывать как сигнал. В более широком смысле молекулярные квантовые системы исследуются для квантовых вычислений, прецизионных измерений и моделирования сложных квантовых явлений.
Использование молекул в качестве квантовых сенсоров возникло в 2000-х годах, опираясь на десятилетия работы в области молекулярной спектроскопии и лазерного охлаждения. Конкретное предложение использовать молекулярные квантовые системы для обнаружения тёмной материи было выдвинуто в 2010-х годах в рамках более широких усилий по поиску новых способов изучения этой неуловимой частицы.
Молекулы обладают богатым набором внутренних степеней свободы — электронных, колебательных и вращательных, — которыми можно управлять с помощью лазеров и электромагнитных полей. Для обнаружения тёмной материи предлагается использовать молекулы с постоянным электрическим или магнитным дипольным моментом, который связывается со слабыми взаимодействиями частиц тёмной материи. Когда частица тёмной материи рассеивается на молекуле, она может изменить её вращательное состояние или ориентацию спина, и это изменение можно зарегистрировать с помощью спектроскопии. В квантовой сенсорике молекулы можно подготавливать в суперпозиционных состояниях, которые исключительно чувствительны к внешним полям, что позволяет измерять магнитные поля, электрические поля или даже силы на квантовом пределе.
Молекулярные квантовые системы используются в атомных часах, магнитометрах для медицинской визуализации (например, в магнитоэнцефалографии) и в поисках тёмной материи, где они предлагают дополнительный подход к традиционным детекторам.
Некоторые молекулярные квантовые системы можно использовать для создания «квантовых батарей» — устройств, которые хранят энергию в квантовых состояниях молекул и потенциально могут заряжаться быстрее, чем классические батареи.
