隨著精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)電儀表，已從光學(xué)儀表過(guò)渡到量子儀表，傳感技術(shù)進(jìn)入量子化時(shí)代。近年來(lái)，量子傳感技術(shù)作為一種新興的探測(cè)手段，已經(jīng)被證實(shí)在高精度測(cè)量、量子計(jì)算等發(fā)面具有很大的應(yīng)用潛力。

       近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的杜江峰院士、石發(fā)展教授、孔飛特任研究員等人在量子精密測(cè)量領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

       他們利用單個(gè)納米金剛石內(nèi)部的氮-空位色心（Nitrogen-Vacancy center, NV center）進(jìn)行量子傳感，成功克服了顆粒隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在原位條件下探測(cè)到溶液中順磁離子的磁共振譜。該項(xiàng)研究成果以“In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy using single nanodiamond sensors”為題，發(fā)表在《Nature Communications》上，引發(fā)了學(xué)界和公眾的廣泛關(guān)注。

       要了解這項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新性，首先我們要了解什么是量子傳感技術(shù)。

       量子傳感技術(shù)是基于量子態(tài)的精細(xì)測(cè)量。這種技術(shù)是利用量子態(tài)的特殊性質(zhì)來(lái)提高精度，實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測(cè)。

       量子傳感技術(shù)可以被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，比如磁場(chǎng)探測(cè)、重力測(cè)量、慣性導(dǎo)航、加速度計(jì)、波浪和溫度等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量等。

       在量子傳感技術(shù)中，NV色心的載體是納米金剛石，納米金剛石具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)異的生物兼容性，因此近年來(lái)有不少研究將含有NV色心的熒光納米金剛石用作細(xì)胞內(nèi)的長(zhǎng)壽命熒光標(biāo)記。由于其靈敏度高、生物兼容性好，有望利用納米金剛石中的NV色心，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的原位磁共振探測(cè)。因此，納米金剛石在量子傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

       在原位條件下探測(cè)溶液中順磁離子的磁共振譜，這項(xiàng)技術(shù)的難度非常大。因?yàn)轫槾烹x子的磁共振譜會(huì)受到很多因素的影響，而中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和精湛的實(shí)驗(yàn)技巧，利用了納米金剛石獨(dú)特的量子特性，成功克服了這些困難，實(shí)現(xiàn)了在原位條件下對(duì)順磁離子磁共振譜的精確測(cè)量。

       這項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)現(xiàn)，為科學(xué)研究提供了新的工具和方法，這項(xiàng)研究成果今后有可能用于推斷氧釩離子所處的局域環(huán)境。未來(lái)通過(guò)改善微波輻射結(jié)構(gòu)效率、提升納米金剛石性質(zhì)等方法，將能進(jìn)一步提升測(cè)量速度，并將這一方法推向?qū)嶋H應(yīng)用。

       這項(xiàng)研究成果也為實(shí)際應(yīng)用提供了新的可能性。例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)研究生物分子的結(jié)構(gòu)和功能，為疾病診斷和治療提供新的思路和方法。此外，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、能源等領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)也有著廣泛的應(yīng)用前景。

       中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的這項(xiàng)研究成果，不僅是對(duì)量子精密測(cè)量領(lǐng)域的一次重大突破，也是對(duì)納米科技和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一次重要貢獻(xiàn)。它標(biāo)志著中國(guó)在量子傳感技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)邁上了一個(gè)新臺(tái)階，展現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)家在前沿科學(xué)研究領(lǐng)域的深厚實(shí)力和創(chuàng)新能力。

       未來(lái)，我們期待看到更多的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入到量子精密測(cè)量領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中來(lái)，推動(dòng)量子科技的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。