我科学家在纳米尺度量子精密测量领域取得重要进展
量子精密测量是一项基于量子力学原理的高精度技术，通过主动操控量子态，突破传统测量方法的精度极限。该技术融合了原子物理、物理光学以及电子工程等多学科知识，构建了以量子相干、纠缠态和压缩态为核心的技术体系，其测量精度可达到纳米级别，与传统方法相比，提升幅度超过两个数量级。
在微观领域，电子自旋是其基本属性之一，类似于微型磁针。近年来，金刚石氮-空位（NV）色心量子传感器因其纳米级的空间分辨能力和高灵敏度磁探测性能，成为实现单自旋探测的重要技术手段。
科研团队在多年研究基础上，逐步掌握了高精度自旋量子操控技术，并研制出金刚石量子传感的核心器件。此前，团队已具备通过频谱差异识别特定“标记”自旋的能力。然而，在复杂环境噪声中稳定捕获任意单个自旋的微弱信号，仍是该领域的技术瓶颈。这一问题对传感器的灵敏度与空间分辨能力提出了更高要求。
为攻克这一难题，科研人员聚焦于高品质金刚石量子传感器的自主制备。历经多年攻关，团队打通了涵盖二十余道工序的完整制造流程，并掌握关键技术。通过材料制备与量子操控双线并进的技术融合，首次实现了基于纠缠增强机制的纳米级单自旋探测技术。该技术在固态体系中同步提升了磁信号探测的灵敏度与空间分辨率，为纳米尺度量子测量技术的深入发展奠定了基础。
在材料制备方面，研究团队采用自研的超纯金刚石生长及纳米级定点掺杂技术，成功构建了间距低至5纳米的NV色心对结构。这种精密的控制能力是实现量子纠缠增强探测的关键。在探测方法上，团队创新性地将两个NV色心置于特殊的纠缠态中，使其能够“屏蔽”来自远处的噪声干扰，同时增强对近端目标自旋的信号响应。该方法有效缓解了信号增强与噪声抑制之间的矛盾，空间分辨率提升达1.6倍。
该技术突破实现了多项关键进展：
- 实现了对两个相邻“暗”电子自旋信号的分离与探测；
- 在噪声环境下的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的实时监测与主动调控能力。
这一研究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广阔前景，也表明金刚石NV色心传感器有望成为一种高性能的纳米磁强计，为量子材料在原子层面的研究提供全新窗口。未来，该技术将为凝聚态物理、量子生物学及化学等多个前沿领域提供强有力的研究工具。