为纳米尺度量子精密测量技术发展铺平道路

  记者11月27日从中国科学技术大学获悉，该校自旋磁共振实验室王亚教授等与浙江大学海洋精准感知技术全国重点实验室合作，在纳米尺度量子精密测量领域取得重要进展，首次实现了噪声环境下纠缠增强的纳米尺度单自旋探测。相关研究成果当日在线发表在《自然》杂志。

  在微观世界中，“自旋”是电子的基本属性之一，如同一个个微小的磁针。材料的许多宏观特性，都源于这些微观“磁针”的排列与相互作用。探测单个自旋，对物质世界最基础的磁性单元进行测量，不仅能够为理解物性提供全新视角，更为发展单分子磁探测技术和推进量子科技奠定坚实基础。

  然而由于物质中含有大量自旋，对单个自旋的探测犹如在喧闹的体育场中清晰捕捉到某个人的窃窃私语，这对探测技术提出了前所未有的挑战。

  使用金刚石氮‑空位色心量子传感器一直是实现单自旋探测的重要技术途径。该研究团队通过长期积累，发展出高精度的自旋量子调控技术和金刚石量子传感核心器件与装备，为纳米尺度量子精密测量技术的持续发展铺平了道路。

  在材料制备上，研究团队利用自主研发的超纯金刚石生长与纳米精度定点掺杂技术，成功制备出间距小至5纳米的氮-空位色心对结构。在探测方法上，研究团队创造性地将一对色心制备成一种特殊的量子纠缠态，成功解决了“信号放大”与“噪声干扰”之间长期存在的矛盾，将空间分辨率提升了1.6倍。该项研究成果验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的优势与巨大潜力，也表明金刚石量子传感器可以成为凝聚态物理、量子生物学和化学等领域革命性的研究工具。（记者 陈婉婉）