Naukowcy z Uniwersytetu w Innsbrucku, we współpracy z prof. Michałem Tomzą oraz dr. Marcinem Gronowskim z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, opublikowali w czasopiśmie „Nature” artykuł opisujący nowatorską metodę badania pojedynczych jonów molekularnych. W pracy pokazano, że możliwe jest wykrycie absorpcji pojedynczego fotonu w pojedynczym wieloatomowym jonie CaOH⁺ za pomocą precyzyjnych technik kwantowych.

Badacze opracowali podejście, w którym sygnał pochodzący z zaabsorbowanego fotonu nie jest obserwowany bezpośrednio, lecz poprzez niezwykle subtelny odrzut nadany cząsteczce – jonowi CaOH⁺. Ten efekt jest następnie wzmacniany z użyciem nieklasycznego stanu ruchu układu dwóch współpułapkowanych jonów, tzw. stanu kota Schrödingera, czyli kwantowej superpozycji dwóch różnych stanów ruchu, wyjątkowo czułej na nawet najmniejsze zaburzenia. Informacja o absorpcji zostaje następnie przekształcona w zmianę stanu drugiego, atomowego jonu Ca⁺, pełniącego funkcję czułego detektora, i odczytana za pomocą fluorescencji laserowej.

Autorzy podkreślają, że jest to pierwsze zastosowanie tej metody do detekcji absorpcji pojedynczego fotonu w jonie molekularnym.

Eksperyment został zaprojektowany i wykonany przez zespół prof. Philippa Schindlera w Innsbrucku, podczas gdy naukowcy z UW rozwinęli dokładny teoretyczny opis właściwości badanego jonu molekularnego, niezbędny do analizy i interpretacji wyników doświadczalnych. Metodę wykorzystano do badania drgań rozciągających wiązanie O–H w pojedynczych jonach CaOH⁺ wzbudzanych impulsami femtosekundowymi w zakresie średniej podczerwieni.

Opublikowane wyniki stanowią ważny krok w kierunku nieniszczących pomiarów złożonych cząsteczek wieloatomowych oraz bardziej zaawansowanej kontroli ich stanów kwantowych. Otwiera to nowe perspektywy zarówno dla precyzyjnej spektroskopii molekularnej, jak i dla rozwoju molekularnych technologii kwantowych.