我国科研人员在纳米尺度量子精密测量领域取得关键进展
量子精密测量是一项结合量子力学原理，通过主动操控量子态以突破传统测量精度极限的技术。该技术融合了原子物理、光物理与电子工程等多学科知识，构建了以量子相干、纠缠及压缩态为核心的技术体系，测量精度可达纳米量级，相较于经典方法，提升了两个数量级。
在微观尺度上，电子自旋是其基本特性之一，类似于微型磁针。金刚石氮-空位（NV）色心量子传感器因其具备纳米级分辨率和高灵敏的磁场探测能力，成为实现单自旋探测的重要工具。
研究团队经过多年积累，掌握了高精度自旋量子调控技术和金刚石量子传感核心器件的制备方法。此前，团队已能利用频谱差异识别带有特定“标记”的单个自旋。然而，如何在复杂噪声背景下稳定捕捉任意单自旋的微弱信号，仍是亟待解决的难题。这一挑战对传感器在灵敏度与空间分辨率上的综合性能提出了更高要求。
为攻克这一难题，研究团队专注于高品质金刚石量子传感器的自主制备，历经十年打磨，打通了涵盖20多个关键步骤的完整工艺流程，并掌握了其中核心工艺。通过材料制备与量子操控两条路径的协同创新，团队首次实现了纠缠增强型纳米尺度单自旋探测技术，成功提升了固态体系中对微观磁信号的灵敏度与空间分辨率，为纳米尺度量子精密测量的发展奠定了坚实基础。
在材料制备方面，研究团队采用自主开发的超纯金刚石生长和纳米精度定点掺杂技术，成功构建了间距低至5纳米的NV色心对结构。这种精确的定位控制是实现后续纠缠增强探测的必要条件。在探测方法上，团队创新性地将两个色心置于特殊的量子纠缠态中，使其能够“过滤”来自远处的相同噪声信号，同时放大近场目标自旋的特征信号。这种策略有效解决了信号增强与噪声干扰之间的矛盾，使空间分辨率提升了1.6倍。
这项技术突破带来了三个关键进展：
- 首次实现对相邻两个“暗”电子自旋的识别与探测；
- 在干扰严重的环境中，将探测灵敏度提升至单传感器水平的3.4倍；
- 具备实时监测与主动调控不稳定的自旋信号的能力。
这一成果不仅从实验上验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的显著优势和巨大潜力，也表明金刚石量子传感器可作为高精度的纳米磁强计，为原子尺度的量子材料研究提供了全新窗口。未来，该技术有望为凝聚态物理、量子生物学以及化学等多个领域提供变革性的研究手段。