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A fluorescent-protein spin qubit
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AI
DOI：10.1038/s41586-025-09417-w.png)
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摘要
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量子比特（qubits）是支持初始化、读出和相干控制1的两能级量子系统。可光学寻址的自旋量子比特构成了新兴一代纳米传感器2–7的基础。这些量子比特的工程化主要集中于固态系统。然而，由于基因编码性8,9，荧光蛋白而非外源性荧光探针已成为活体显微成像的金标准。尽管荧光蛋白具有亚稳态三重态10，但它们尚未被研究作为量子比特。在此，我们在增强型黄色荧光蛋白中实现了一个可光学寻址的自旋量子比特。近红外激光脉冲能够触发三重态读出，达到高达20%的自旋对比度。通过在液氮温度下对增强型黄色荧光蛋白自旋进行相干微波控制，我们在Carr–Purcell–Meiboom–Gill去耦条件下测量到(16±2)μs的相干时间。我们将量子比特表达在哺乳动物细胞中，尽管存在复杂的细胞内环境，仍保持了对比度和相干控制。最后，我们在室温下在细菌细胞中演示了光学检测磁共振，对比度高达8%。我们的结果将荧光蛋白引入为一种强大的量子比特平台，为生命科学领域的应用（如纳米级场传感和自旋成像模式）铺平了道路。通过增强型黄色荧光蛋白实现了一种可光学寻址的荧光蛋白自旋量子比特；该量子比特可在液氮温度下进行相干控制，并在细胞中于室温下检测自旋。
Keyword:
fluorescent protein
spin qubit
coherent control
optically addressable
nanoscale sensing