Simon Roggors · Thomas Unden · Anna Aubele · Paul Mentzel · Gregor Bayer · Alon Salhov · Jochen Scharpf · Martin B. Plenio · Alex Retzker · Fedor Jelezko · Tim R. Eichhorn · Tobias A. Schaub · Matthias Pfender · Philipp Neumann · Ilai Schwartz

Nature · 2026

Optische Schnittstellen, die langlebige Spin-Qubits mit Photonen verbinden, sind eine zentrale Voraussetzung für Quantennetzwerke und die verteilte Quanteninformationsverarbeitung. Derzeit gelten atomare Defekte in Festkörpern aufgrund ihres inhärenten Spins und ihrer optischen Kohärenz als führende Kandidaten. Aufbauend auf diesen Fortschritten stellen synthetisch maßgeschneiderte molekulare Systeme eine grundlegende Veränderung in diesem Forschungsgebiet dar, da sie präzise atomare Steuerung und konsistente Bottom-up-Assemblierung nutzen. Eine molekulare Plattform, die gleichzeitig die Anforderungen an eine robuste Spin-Photon-Schnittstelle erfüllt – nämlich die Kombination aus heller Fluoreszenz, hoher spektraler Stabilität und langen Spin-Lebensdauern im Grundzustand –, muss jedoch auf Einzelmolekülebene erst noch realisiert werden. Hier zeigen wir, dass ein Carbenmolekül im Triplett-Grundzustand, eingebettet in einen strukturell passenden Wirtskristall, als robuste Spin-Photon-Schnittstelle mit Einzelmolekül-Adressierbarkeit fungiert. Das System weist schmale ZPLs, eine spektrale Stabilität über mehr als eine Stunde, spinselektive optische Übergänge und optisch detektierte Magnetresonanz auf Einzelmolekül-Ebene auf. Kohärente Steuerung führt bei einer Temperatur von 4,5 K zu einer dynamischen Entkopplungskohärenz im Millisekundenbereich und einer Spinrelaxation im Bereich von mehreren zehn Millisekunden. Diese Ergebnisse etablieren molekulare Qubits als praktikable Plattform für die Einzelermitter-Qunatenoptik und bewahren gleichzeitig die Vorteile des Bottom-up-chemischen Designs sowie der verarbeitbaren Materialien.

Nature (2026)
https://doi.org/10.1038/s41586-026-11147-6

Nature · Creative Commons BY 4.0