為納米尺度量子精密測量技術發展鋪平道路

  記者11月27日從中國科學技術大學獲悉，該校自旋磁共振實驗室王亞教授等與浙江大學海洋精準感知技術全國重點實驗室合作，在納米尺度量子精密測量領域取得重要進展，首次實現了噪聲環境下糾纏增強的納米尺度單自旋探測。相關研究成果當日在線發表在《自然》雜誌。

  在微觀世界中，“自旋”是電子的基本屬性之一，如同一個個微小的磁針。材料的許多宏觀特性，都源於這些微觀“磁針”的排列與相互作用。探測單個自旋，對物質世界最基礎的磁性單元進行測量，不僅能夠為理解物性提供全新視角，更為發展單分子磁探測技術和推進量子科技奠定堅實基礎。

  然而由於物質中含有大量自旋，對單個自旋的探測猶如在喧鬧的體育場中清晰捕捉到某個人的竊竊私語，這對探測技術提出了前所未有的挑戰。

  使用金剛石氮‑空位色心量子傳感器一直是實現單自旋探測的重要技術途徑。該研究團隊通過長期積累，發展出高精度的自旋量子調控技術和金剛石量子傳感核心器件與裝備，為納米尺度量子精密測量技術的持續發展鋪平了道路。

  在材料製備上，研究團隊利用自主研發的超純金剛石生長與納米精度定點摻雜技術，成功製備出間距小至5納米的氮-空位色心對結構。在探測方法上，研究團隊創造性地將一對色心製備成一種特殊的量子糾纏態，成功解決了“信號放大”與“噪聲干擾”之間長期存在的矛盾，將空間分辨率提升了1.6倍。該項研究成果驗證了量子糾纏在納米尺度傳感中的優勢與巨大潛力，也表明金剛石量子傳感器可以成為凝聚態物理、量子生物學和化學等領域革命性的研究工具。（記者 陳婉婉）