量子發現可能會大大簡化室溫下的中紅外光探測。伯明翰大學和劍橋大學的研究人員公佈了一項突破性技術，通過使用量子系統可以在室溫下探測中紅外光。這項研究發表在《自然-光子學》（Nature Photonics）雜誌上，由劍橋大學卡文迪什實驗室（Cavendish Laboratory）完成，標誌著科學家在深入了解化學和生物分子工作原理方面取得了重大進展。

研究人員開發出一種名為MIRVAL 的方法，可在室溫下將中紅外光子轉換為可見光子，從而實現單分子光譜學，並在氣體傳感、醫療診斷、天文學和量子通信領域得到廣泛應用。

在使用量子系統的新方法中，研究小組利用分子發射器將低能量的近紅外光子轉換為高能量的可見光光子。這項新的創新有能力幫助科學家在室溫下檢測中紅外，並在單分子水平上進行光譜分析。

伯明翰大學助理教授、該研究的第一作者Rohit Chikkaraddy 博士解釋說：”分子中保持原子間距的鍵會像彈簧一樣振動，這些振動會產生非常高的共振頻率。這些彈簧可以被人眼不可見的中紅外光激發。在室溫下，這些彈簧是隨機運動的，這意味著探測中紅外光的一大挑戰就是要避免這種熱噪聲。現代探測器依賴於冷卻半導體器件，這些器件耗能高、體積大，但我們的研究提出了一種在室溫下探測這種光的令人興奮的新方法”。

這種新方法被稱為中紅外振動輔助發光（MIRVAL），使用的分子具有中紅外光和可見光兩種功能。研究小組能夠將分子發射器組裝成一個非常小的等離子腔體，該腔體在中紅外和可見光範圍內都能產生共振。他們進一步設計了這種腔體，使分子振動態和電子態能夠相互作用，從而將中紅外光有效地轉化為增強的可見光。

Chikkaraddy 博士繼續說道：”最具挑戰性的方面是將三種截然不同的長度尺度–數百納米的可見光波長、小於一納米的分子振動和上萬納米的中紅外波長–整合到一個平台中，並將它們有效地結合在一起。”

研究人員通過創建皮腔–由金屬面上的單原子缺陷形成的捕獲光的難以置信的小空腔–能夠實現低於一立方納米的極端光約束體積。這意味著研究小組可以將中紅外光限制在單個分子的範圍內。

這一突破能夠加深人們對複雜系統的理解，並打開通往紅外活性分子振動的大門，而在單分子水平上通常是無法實現的。但事實證明，除了純粹的科學研究之外，MIRVAL 還能在許多領域發揮作用。

Chikkaraddy 博士總結道：”MIRVAL可以有多種用途，如實時氣體傳感、醫療診斷、天文觀測和量子通信，因為我們現在可以看到單個分子在MIR頻率下的振動指紋。能夠在室溫下探測近紅外，意味著探索這些應用和在這一領域開展進一步研究變得更加容易。通過進一步改進，這種新方法不僅可以應用於塑造未來近紅外技術的實用設備中，而且還能釋放出連貫操縱分子量子系統中’帶彈簧的球’原子錯綜複雜的相互作用的能力”。