我国科研团队在纳米级量子精密测量领域取得重大技术突破
科技画报
我国科研团队在纳米级量子精密测量领域取得重大技术突破
量子精密测量是一门融合原子物理、光学与电子工程等多学科的前沿技术，其核心在于利用量子态操控手段超越传统测量方法的精度极限。该技术以量子相干、纠缠态和压缩态等量子特性为基础，实现了测量精度的显著跃升，达到纳米级水平，精度较经典方法提升超过两个数量级。
在微观尺度中，电子自旋作为一种基本属性，具有类似微小磁针的特性。而金刚石中的氮-空位色心（NV色心）因其卓越的磁探测灵敏度和纳米级空间分辨率，已成为单自旋探测研究的重要平台。
经过多年技术积累，科研人员开发出高精度的自旋量子调控方法，并完成了金刚石量子传感器关键器件的自主研制。尽管已有能力通过频谱特征识别特定“标记”的单自旋信号，但在复杂噪声背景下，稳定捕捉任意单自旋的信号依然是技术瓶颈，这对探测器的灵敏度与分辨率提出了更高挑战。
为攻克这一难题，科研团队持续推进高品质金刚石量子传感器的制备工艺，历经十年攻关，打通了涵盖二十多个关键环节的完整制备流程，掌握了多项核心技术。通过材料制备与量子操控的协同优化，团队首次实现了一种基于纠缠增强的纳米级单自旋探测技术，使固态体系中的磁信号探测精度和空间分辨率同步提升，为量子精密测量技术的发展奠定了坚实基础。
在材料层面，团队采用自主开发的超纯金刚石生长与纳米级定点掺杂工艺，成功制备出间距仅5纳米的NV色心对结构。这一纳米级别的空间控制能力是实现量子纠缠增强探测的关键前提。而在探测策略上，团队创新性地将两对NV色心置于特定的量子纠缠态中，使其能够屏蔽远距离的共模噪声，同时对近场目标自旋信号进行协同增强和聚焦。该技术成功突破了信号放大与噪声抑制之间的传统矛盾，使空间分辨率提升了1.6倍。
此次技术突破实现了三项关键进展：
- 首次实现相邻“暗”电子自旋信号的精准区分与探测；
- 在复杂噪声环境下，探测灵敏度达到单传感器水平的3.4倍；
- 具备对不稳定自旋信号的实时监测与主动调控能力。
该研究成果不仅验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的显著优势与应用潜力，也标志着金刚石量子传感器有望成为性能优越的纳米磁强计。这一突破为原子尺度的量子材料研究提供了全新窗口，有望推动凝聚态物理、量子生物、以及量子化学等领域的技术革新。
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