每日报道：中国科学家实现纠缠增强纳米尺度单自旋量子传感

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记者从中国科学技术大学获悉，该校王亚教授等与浙江大学海洋精准感知技术全国重点实验室合作，首次实现了噪声环境下纠缠增强的纳米尺度单自旋探测。相关研究成果11月27日在线发表在《自然》杂志。

电子的“自旋”是其基本属性之一，探测单个自旋，不仅能够为理解物性提供全新视角，更为发展单分子磁探测技术和推进量子科技奠定坚实基础。然而由于物质中含有大量自旋，对单个自旋的探测相当于在喧闹的体育场中清晰捕捉到某个人的窃窃私语，这对探测技术提出了前所未有的挑战。

金刚石氮—空位色心量子传感器，因其纳米级的分辨能力和高灵敏的磁探测能力，一直是实现单自旋探测的重要技术途径。理论上，量子纠缠是突破此瓶颈的可能途径，它能将探测精度逼近量子力学所允许的极限。研究团队通过材料制备与量子操控两条路径的协同创新，首次成功开发出纠缠增强型纳米单自旋探测技术，在固态体系中实现了对微观磁信号灵敏度与空间分辨率的同步提升，为纳米尺度量子精密测量技术的持续发展铺平了道路。

材料制备上，研究团队利用自主研发的超纯金刚石生长与纳米精度定点掺杂技术，成功制备出间距小至5纳米的氮—空位色心对结构。在探测方法上，研究团队创造性地将一对色心制备成一种特殊的量子纠缠态。这种状态让它们能“无视”来自远端的相同背景噪声，同时协同“聚焦”并放大近端目标单自旋的独特信号。这一巧妙的策略，成功解决了“信号放大”与“噪声干扰”之间长期存在的矛盾，将空间分辨率提升了1.6倍。

研究人员表示，这项成果不仅实验验证了量子纠缠在纳米尺度传感中的优势与巨大潜力，也展示了金刚石量子传感器能够作为强大的纳米磁强计，为原子层面研究量子材料打开新窗口，将为凝聚态物理、量子生物学和化学等领域提供革命性的研究工具。

（中国科大供图）

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