我国科学家在纳米级量子精密测量领域取得重大进展
量子精密测量是一种利用量子态调控突破经典极限的前沿技术，融合了原子物理、光学与电子工程等多学科知识，构建出以量子相干、量子纠缠及压缩态为基础的技术体系。其测量精度已可达纳米尺度，与传统方法相比，精度提升超过两个数量级。
在微观尺度，电子自旋被视为其基本性质之一，类似微小磁针。金刚石中的氮-空位（NV）色心量子传感器因其极高的磁探测灵敏度与纳米级分辨率，长期以来被视为实现单电子自旋探测的关键手段。
研究团队通过多年的探索，已在自旋量子调控和金刚石量子传感器制备方面取得重要成果，可利用频谱差异识别具有特定“特征”的单个自旋。然而，在复杂的背景噪声中稳定捕获任意自旋的微弱信号，始终是该领域的一大挑战，这对传感器的灵敏度与空间分辨率提出了更高要求。
为应对这一难题，研究团队自主研发高品质金刚石量子传感器，并在“十年磨一剑”的坚持下，构建了涵盖20余道工艺的完整制备流程，攻克多项核心技术。通过材料制备与量子操控的协同推进，团队首次实现了基于量子纠缠的纳米级单自旋探测技术，在固态系统中同步提升了磁信号的灵敏度与空间分辨率，为纳米尺度量子测量技术的发展奠定了坚实基础。
在材料方面，团队采用自主开发的超纯金刚石晶体生长与纳米级定点掺杂技术，成功构建间距低至5纳米的NV色心对结构。这种精确的结构控制是实现量子纠缠增强探测的前提条件。在探测策略上，团队创新性地将一对色心置于特定的量子纠缠态，使其能够屏蔽远场噪声干扰，同时增强近场目标自旋信号的响应能力。这一方法巧妙化解了长期存在的信号增强与噪声抑制之间的矛盾，使空间分辨率提高1.6倍。
技术突破带来三大关键进展
- 首次实现相邻“暗”电子自旋的识别与探测；
- 在噪声干扰环境下，探测灵敏度达到单传感器性能的3.4倍；
- 具备实时监测与主动调控不稳定自旋信号的能力。
这项技术突破不仅验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的显著优势，也表明金刚石量子传感器有望成为新一代高精度纳米磁强计，为原子尺度研究量子材料提供强有力的工具。其应用前景涵盖凝聚态物理、量子生物学及化学等多个领域，为这些学科带来全新的研究范式。