2026年7月28日——一种新的量子传感技术有望实现对单个蛋白质结构及其他重要分子的测量，在药物发现和结构生物学领域具有潜在应用前景。

滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）的研究团队开发了这种新方法，利用单个分子作为量子传感器。量子传感器利用量子力学的独特性质，能够实现传统传感器无法达到的超高精度测量。

这一技术此前从未被演示过，并且是首次使用一类分子来实现这一目的。对单个分子进行精确成像，有助于研究人员理解单个蛋白质及其他生物分子的行为，从而揭示更多关于疾病发展机制以及药物相互作用方式的信息，为设计更有效的治疗方案提供可能。

这些传感器探测的是原子的自旋或局部磁环境。由于每个原子具有独特的共振频率，如果两个原子靠得很近，它们会相互产生磁影响。

物理与天文系教授兼IQC教研人员拉菲·布达基安博士表示：“我们的实验建立了纳米尺度量子传感的新范式。在拥有能够感知单个分子的传感器之前，我们还需要达成其他里程碑，但我们知道如何实现，而这是一次重要的展示。由于这一进展，我们离目标已经不远了。”

一项成熟的量子传感技术使用具有原子尺度缺陷的合成金刚石，并通过光来读取信号。布达基安团队则使用一类名为三苯甲基-OX063的分子作为量子传感器。该传感器的自旋被隔离并保护起来，从而保持其量子特性。此外，与金刚石传感技术相比，它可以更靠近待测目标，从而实现更高的灵敏度。

他们的方法利用了OX063分子的电子自旋。附近原子核自旋产生的磁场会改变该电子自旋的演化过程，所产生的信号通过直径约100纳米（相当于病毒大小）、长度约20微米（相当于人类头发直径）的纳米线探针进行机械检测。

IQC博士生、该论文第一作者萨汉德·塔巴塔巴伊表示：“其中一个关键挑战是让OX063的自旋保持足够长时间的相干性，以便用作传感器。我们开发的新控制序列将相干时间延长到了400微秒，使其量子态的维持时间约为同一系统中标准自旋回波技术的60倍。”

布达基安表示，该传感器目前已能检测大约10个自旋的磁状态。他们知道如何实现单个自旋的检测，这是向绘制单个分子结构迈出的关键一步。

目前的分子成像技术虽然强大，但由于其过程需要更大样本量，因此无法揭示独特的分子结构。

布达基安说：“在量子传感中使用力检测是一种新思路，它为我们开辟了全新的研究途径，使我们更接近绘制单个蛋白质结构的目标。”