實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻微波的高靈敏測(cè)量，能夠?yàn)楦邎?chǎng)高頻磁共振譜學(xué)、太赫茲成像甚至天文學(xué)觀測(cè)提供基礎(chǔ)支撐。記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、石發(fā)展、孔飛等人，基于金剛石氮—空位（NV）色心量子傳感器，實(shí)現(xiàn)了皮特斯拉水平的高靈敏微波磁場(chǎng)測(cè)量。該項(xiàng)研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
量子傳感技術(shù)能夠大大提升微波的測(cè)量靈敏度，目前常見的量子傳感器包括里德堡原子、原子磁力計(jì)、超導(dǎo)量子干涉儀、金剛石NV色心等。其中NV色心體系因獨(dú)特的載體穩(wěn)定性和室溫大氣環(huán)境兼容性，成為極具發(fā)展前景的固態(tài)量子傳感器，而提升其探測(cè)靈敏度是最重要的發(fā)展方向之一。
提升靈敏度最直接的途徑是利用大量NV色心開展并行測(cè)量。由于單個(gè)NV色心的尺寸只有原子級(jí)，即使是毫米級(jí)芯片大小的金剛石中也可以集成數(shù)以億萬計(jì)的NV色心。但是隨著尺寸的增加，對(duì)所有的NV色心同步地進(jìn)行量子調(diào)控變得更加困難。
為此，研究人員提出一種無需復(fù)雜量子調(diào)控的測(cè)量方案，引入一個(gè)稍強(qiáng)的輔助微波與被測(cè)微波干涉，產(chǎn)生拍頻振蕩，相應(yīng)地NV熒光也會(huì)產(chǎn)生頻率為拍頻的振蕩，其振幅與待測(cè)微波振幅成正比，相當(dāng)于用輔助微波“放大”了待測(cè)微波。利用該方法，研究團(tuán)隊(duì)在體積為0.04立方毫米、包含2.8 1013個(gè)NV色心的金剛石量子傳感器上成功實(shí)現(xiàn)了微波磁場(chǎng)測(cè)量，相比此前該體系實(shí)現(xiàn)的亞微特斯拉指標(biāo)水平，測(cè)量靈敏度提升了近10萬倍。該方法避免了復(fù)雜的同步量子操控，可以直接推廣到包含更多NV色心的更大體積金剛石量子傳感器上，未來有望將測(cè)量靈敏度進(jìn)一步提升至更高量級(jí)。
該方案為金剛石量子傳感系統(tǒng)的小型化和芯片化奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也向著金剛石量子傳感器在無線通信、磁共振檢測(cè)等領(lǐng)域的實(shí)用化邁出了重要一步。
【來源：廊坊市科技局_國內(nèi)動(dòng)態(tài)】
聲明：此文版權(quán)歸原作者所有，若有來源錯(cuò)誤或者侵犯您的合法權(quán)益，您可通過郵箱與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將及時(shí)進(jìn)行處理。郵箱地址：[email protected]
