Инженеры создали новый класс квантовых сенсоров для обнаружения слабых молекулярных колебаний

Принцип квантового виброполяритонного зондирования. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ady7670

Команда инженеров из Университета Джонса Хопкинса разработала новый, более мощный метод наблюдения за молекулярными колебаниями. Это достижение может иметь далеко идущие последствия для раннего выявления заболеваний.

Группа под руководством Ишана Бармана, профессора кафедры машиностроения, впервые продемонстрировала, как свет можно использовать для создания специальных гибридных состояний с молекулами. Это позволяет обнаруживать даже мельчайшие колебания с большей чёткостью и точностью.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

«Мы пытались преодолеть давнюю проблему молекулярного зондирования: как сделать оптическое обнаружение молекул более чувствительным, надёжным и адаптируемым к реальным условиям?» — пояснил Барман.

В медицине этот метод может привести к более раннему и точному выявлению биомаркеров заболеваний в крови, слюне или моче. В фармацевтическом производстве он позволит контролировать сложные химические реакции в реальном времени, а в экологии — обнаруживать следовые количества загрязняющих веществ с беспрецедентной надёжностью.

Учёные использовали высокоотражающие золотые зеркала для создания оптической полости, которая «задерживает» свет, многократно усиливая его взаимодействие с молекулами. В результате формируются новые квантовые состояния — «виброполяритоны».

Ключевое достижение — работа технологии в обычных условиях, без необходимости создания вакуума или экстремально низких температур. Как отметил ведущий автор Пэн Чжэн, это открывает путь к созданию нового класса квантовых оптических сенсоров.

«Мы можем целенаправленно усиливать оптические „отпечатки“ молекул, используя квантовые виброполяритонные состояния», — пояснил Чжэн.

В перспективе технология может быть реализована в компактных устройствах для портативной диагностики и методов ИИ-анализа.

Дополнительная информация: Peng Zheng et al, Quantum vibropolaritonic sensing, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ady7670

Источник: Johns Hopkins University