2026年3月24日 —— 卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员在量子物理与材料科学领域取得重要进展：首次实现了对分子材料中核自旋态的光学初始化、控制与读取。由于核自旋与环境的相互作用较弱，它们是特别稳定的量子信息载体。这项研究表明，分子核自旋有望成为未来量子技术的重要构建单元。相关研究成果已发表于《自然-材料》。

核磁共振（NMR）是一种成熟的分析材料与分子的方法，应用范围涵盖化学分析至量子信息处理。在本研究中，KIT研究团队分析了一种含有铕离子的分子晶体。这类离子具有极窄的光学跃迁谱线，可直接用于核自旋态的寻址。他们使用激光实现了核自旋在特定状态下的初始化，并可对状态进行光学读取。

除光学寻址外，研究人员还采用高频场对自旋进行调控，并屏蔽外界干扰。他们实现了长达两毫秒的核自旋量子相干时间——在这一时间窗口内，量子系统可保持精确定义的量子力学状态。

核自旋作为稳定的量子信息载体

“研究结果表明，分子材料有望成为未来量子元件的理想平台，”KIT物理研究所的大卫·亨格教授表示，“其独特优势在于，我们可以在不受电子自旋干扰的情况下操控核自旋，这为未来实现高度稳定且密集的量子比特寄存器提供了可能。”

在KIT量子材料与技术研究所及纳米技术研究所，由马里奥·鲁本教授领导的团队合成了该分子晶体，并系统评估了其在量子平台中的应用潜力。

面向原子级精度量子寄存器设计的定制化分子

长远来看，分子中光学可寻址的核自旋为可扩展量子计算机的发展提供了新路径。分子系统可通过化学方法进行精准定制，有望实现原子级精度的量子比特阵列。此外，光学检测核磁共振技术也有助于开发新型高分辨率核磁共振方法，为未来复杂材料的精细分析提供支持。

这项研究成果凸显了分子系统在未来量子技术中的巨大潜力，是迈向光学联网量子处理系统的重要一步。