2026年6月26日——马克斯·普朗克光科学研究所(MPL)的科学家们开发出一种技术，能够以光谱精度探测表面分子，并首次达到终极量子极限。研究人员将这一成果发表在《科学》杂志上，为研究分子-表面相互作用和分子量子技术开辟了新机遇。

许多光学量子技术依赖于与光强烈相互作用的纳米级物体，如原子或分子。这些量子发射器用于生成单光子、存储量子信息和纠缠分布，这些过程在量子通信和计算中都有应用。

为了单独研究这些发射器，研究人员需要将它们长时间固定在一个位置。这通常通过将发射器捕获在真空中或将其放置在块状材料内部来实现。位于表面的量子发射器将创造新的机会，通过“触摸它们”来操控其功能，例如使用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)中使用的原子级尖锐尖端。然而，科学家此前一直无法控制表面结合的原子和分子，以保持其量子光学特性。其原因是表面容易从环境中吸收污染物，造成高度不稳定且“嘈杂”的环境，从而损害量子发射器的特性。MPL纳米光学部门的研究人员现已设计出一种克服这一障碍的方法。

为了获得洁净的表面，由MPL主任兼“纳米光学”部门负责人Vahid Sandoghdar教授领导的小组设计了一种新方法：科学家利用有机晶体在室温下缓慢蒸发的特性。将一个小晶体放置在真空中的低温恒温器内后，顶部晶体层会自然飞离，带走污染物。之后，将晶体冷却到仅比绝对零度高几开尔文，以停止进一步的升华。然后，研究人员使用微加工炉在低温下将分子蒸发到表面上。

MPL纳米光学部门研究员Alexey Shkarin博士解释说：“量子发射器的质量可以通过其相干时间来评估，这反映了它们保持量子特性的时长。” 这些时间永远不会超过所谓的傅里叶极限，该极限由发射器将其能量传递给环境所需的时间决定。然而，在嘈杂的环境中，相干时间可能缩短数百或数千倍。通过将分子放置在具有合适分子结构的晶体洁净表面上，科学家发现其分子始终能达到傅里叶极限，这表明其周围环境极其安静和稳定。这标志着该基本极限首次在表面上实现。

在进一步精细的研究中，该小组发现了表面影响吸附分子行为的几种方式：它会将分子定向到特定方向，改变其能量，甚至可能影响分子的形状或其振动方式。“我们未来的工作将集中于将这种方法与AFM和STM相结合，以获得对单个量子发射器的局部纳米级控制，”Vahid Sandoghdar表示。此类研究将为表面特性提供前所未有的洞察，并开辟工程化物质量子态的新途径。