我国科学家在纳米尺度量子精密测量领域取得重大进展
量子精密测量是一项依托量子力学原理的技术手段，旨在通过主动操控量子态，突破传统测量手段的精度极限。这项技术融合了原子物理、物理光学及电子工程等多个学科，构建出以量子相干、纠缠及压缩态为核心的技术体系。其精度可达到纳米级别，较经典测量方法提升两个数量级，展现出极高的技术潜力。
在微观尺度上，电子自旋是其固有属性之一，可以类比为微型磁针。金刚石中的氮-空位色心（NV色心）量子传感器凭借其纳米级的空间分辨能力和卓越的磁信号探测性能，已成为实现单自旋探测的重要工具。该传感器因其高灵敏度和良好的环境适应性，在量子传感领域占据重要地位。
近年来，科研团队在高精度自旋量子操控与金刚石量子传感器件开发方面积累了丰富经验。此前已能利用频谱差异识别出带有特定“标记”的单自旋信号。然而，如何在复杂噪声背景下稳定捕获任意单个自旋的微弱磁信号，仍是困扰该领域发展的关键挑战。这一问题对传感器的灵敏度与空间分辨率提出了更高要求。
为应对上述挑战，科研人员投入大量资源，致力于高品质金刚石量子传感器的自主研发。经过长期技术攻关，团队构建了一套涵盖20多个关键工艺环节的完整制造流程，并掌握其中的核心技术。通过材料合成与量子操控的协同创新，首次实现了纠缠增强型纳米单自旋探测技术，显著提升了固态系统中磁信号的灵敏度与空间分辨率，为该领域的发展奠定了坚实基础。
在材料制备方面，研究团队采用自主研发的超纯金刚石晶体生长技术和纳米级定点掺杂工艺，成功制备出间距低至5纳米的NV色心对结构。这种高精度的布局为后续量子纠缠增强探测提供了关键支持。在探测方法上，团队创新性地将两个NV色心制备为特定的纠缠态，使其能够有效屏蔽远处的背景噪声，同时增强近处目标自旋信号的探测能力。该策略成功化解了信号放大与噪声抑制之间的矛盾，使空间分辨率提升了1.6倍。
此次技术突破带来了三项关键进展：
- 成功识别并探测到两个相邻的“暗”电子自旋信号；
- 在复杂电磁环境中，将探测灵敏度提升至单传感器水平的3.4倍；
- 具备对不稳定自旋信号进行实时监测与主动调控的能力。
该研究成果不仅在实验层面验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的优越性，也表明金刚石量子传感器有望作为高精度的纳米级磁强计，为原子尺度下量子材料的深入研究开辟新路径。未来，该技术将在凝聚态物理、量子生物学及化学等领域发挥重要作用，提供具有变革意义的研究平台。