我国科学家在纳米尺度量子精密测量领域取得关键性突破
量子精密测量是一种以量子力学原理为基础的先进测量手段，通过主动调控量子态以超越传统测量方法的精度极限。这项技术融合了原子物理、光物理和电子工程等多个学科，构建出以量子相干、纠缠和压缩态为核心的技术体系。其测量精度可达纳米级别，较经典测量方法提升两个数量级。
在微观世界中，电子的自旋是其基本属性之一，可以看作一个个微型磁针。金刚石中的氮-空位（NV）色心作为量子传感器，在纳米尺度磁探测方面表现出色，因其高灵敏度和极小的探测体积，成为实现单个自旋探测的重要工具。
科研团队在长期研究中，逐步掌握了高精度的自旋量子调控技术，并成功研制出金刚石量子传感器的核心器件。此前，他们已能通过频谱分析识别带有特定标记的单个自旋信号。然而，如何在复杂的噪声环境中稳定提取出单个微弱自旋信号，仍是领域内亟待攻克的难题，这对传感器的灵敏度和空间分辨率都提出了更高要求。
为解决这一技术瓶颈，团队在高品质金刚石量子传感器的自主制备方面持续攻关，历经多年突破了涵盖20余个工艺环节的完整制造流程，掌握了多项核心工艺。通过材料制备与量子操控的协同创新，研究团队首次实现了纠缠增强型纳米单自旋探测技术，从而在固态体系中同时提升了磁信号的灵敏度与空间分辨率，为推动纳米尺度量子精密测量技术的发展奠定了坚实基础。
在材料方面，团队利用自主开发的高纯度金刚石生长技术和纳米级定点掺杂工艺，成功构建了间距仅5纳米的氮-空位色心对结构。这种精确的空间控制为后续的量子纠缠增强探测提供了关键支撑。在探测方法上，研究者创造性地将两个色心置于特定的量子纠缠态，使其能够有效屏蔽远场背景噪声，并协同放大来自近场的单自旋信号。这种策略巧妙地平衡了信号增强与噪声抑制，使空间分辨能力提升了1.6倍。
此次技术突破带来了三项重要进展：
- 成功识别并探测出相邻的两个“暗”电子自旋；
- 在高噪声环境下将探测灵敏度提升至单传感器水平的3.4倍；
- 实现了对不稳定自旋信号的实时监测与主动调控。
这项成果不仅验证了量子纠缠在纳米级传感中的显著优势和巨大潜力，还表明金刚石量子传感器可作为高性能纳米磁强计，为在原子尺度上研究量子材料提供全新手段。该技术有望为凝聚态物理、量子生物学和化学等多个领域带来革命性的研究工具。