用于纠缠固态与生物量子比特的脉冲活细胞量子显微镜

量子传感领域的两个革命正在汇聚于同一显微镜载物台上。生物量子比特已作为基因编码、光学可寻址的量子系统出现在活细胞内。基于固态自旋的量子比特已被纠缠，并用作纳米级相关器磁力计，提供了单自旋探针无法达到的灵敏度和空间分辨率增益。在此，我们报告一种脉冲量子显微镜，能够在活细胞中同时对两种量子比特技术进行量子态操控。该平台结合了450 nm和520 nm纳秒门控光激发、通过振镜光束扫描和压电物镜聚焦实现的三维衍射极限寻址、快速切换的静磁场和射频磁场、具有皮秒分辨率的单光子计时，以及从直流到5 GHz的微波控制，包括固态自旋的2.87 GHz共振、生物量子比特中自由基对的500 MHz至800 MHz共振，以及未来GHz范围内的任何量子比特共振。在同一细胞中同时使用生物和固态纳米颗粒量子比特进行活细胞成像，展示了该技术在多重量子传感中的强大能力。我们预计这种方法将为研究人员在活细胞中探索量子传感，并最终实现固态量子比特与蛋白质宿主自旋量子比特之间的纠缠开辟新的机遇。