近日，我國科研團(tuán)隊在量子傳感領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破 —— 成功開發(fā)出糾纏增強(qiáng)型納米單自旋探測技術(shù)，依托自主研發(fā)的金剛石氮 - 空位色心量子傳感器，實現(xiàn)了納米尺度下微觀磁信號靈敏度與空間分辨率的同步提升，為凝聚態(tài)物理、量子生物學(xué)、量子計算等領(lǐng)域提供了革命性研究工具，標(biāo)志著我國高端量子傳感儀器自主化邁上新臺階。

攻克 “針尖上的探測難題”，自主工藝打破技術(shù)壁壘

單自旋探測被喻為 “在喧鬧體育場捕捉竊竊私語”，因微觀自旋信號微弱、環(huán)境干擾強(qiáng)，長期以來是量子傳感領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。此次突破的關(guān)鍵，在于科研團(tuán)隊歷時十多年構(gòu)建的 “材料制備 + 量子操控” 協(xié)同創(chuàng)新體系。

據(jù)悉，團(tuán)隊已打通涵蓋二十多道環(huán)節(jié)的高品質(zhì)金剛石量子傳感器完整工藝流程，實現(xiàn)核心器件 100% 自主化，徹底擺脫對進(jìn)口核心材料與工藝的依賴。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新性地將量子糾纏技術(shù)與納米傳感相結(jié)合，開發(fā)出糾纏增強(qiáng)型探測方案，一舉解決三大行業(yè)痛點：首次實現(xiàn)相鄰兩個 “暗” 電子自旋的精準(zhǔn)區(qū)分，攻克傳統(tǒng)傳感器無法識別弱信號自旋的難題；在嘈雜環(huán)境中，探測靈敏度較單傳感器提升 3.4 倍，大幅降低弱磁信號的檢測門檻；建立不穩(wěn)定自旋的實時監(jiān)測與主動調(diào)控機(jī)制，顯著提升檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。

“這項技術(shù)的核心突破，是實現(xiàn)了靈敏度與空間分辨率的同步優(yōu)化，這在固態(tài)體系單自旋探測中是前所未有的?！?研發(fā)團(tuán)隊核心成員表示，金剛石氮 - 空位色心量子傳感器的納米級分辨能力，搭配量子糾纏增強(qiáng)技術(shù)，使 “原子級磁探測” 從理論走向現(xiàn)實。

重塑多領(lǐng)域研究范式，國產(chǎn)化儀器打開千億市場

作為一款顛覆性的高端科學(xué)儀器，該量子傳感器的應(yīng)用場景正全面覆蓋前沿科研與高端制造領(lǐng)域：在凝聚態(tài)物理研究中，可實現(xiàn)原子層面量子材料磁性機(jī)制的直接觀測，為新型超導(dǎo)材料、拓?fù)浣^緣體的研發(fā)提供關(guān)鍵工具；在量子生物學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域，支持單分子磁探測與生物大分子自旋標(biāo)記檢測，將推動藥物分子作用機(jī)制、生物大分子構(gòu)象變化等基礎(chǔ)研究進(jìn)入單分子時代；在量子科技領(lǐng)域，其核心技術(shù) —— 金剛石氮空位色心的可控制備與量子糾纏調(diào)控，更是室溫金剛石量子計算的關(guān)鍵基礎(chǔ)，為 “傳感 - 計算” 一體化量子技術(shù)布局提供支撐。

對比國際同類儀器，我國這款糾纏增強(qiáng)型量子傳感器在核心性能上實現(xiàn) “彎道超車”：納米級空間分辨率優(yōu)于國際主流產(chǎn)品，3.4 倍的靈敏度提升達(dá)到國際領(lǐng)先水平，且具備室溫工況適應(yīng)性，無需低溫制冷設(shè)備，顯著降低使用成本。業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，隨著技術(shù)成熟度提升，該類儀器有望快速從實驗室原型走向產(chǎn)業(yè)化，形成臺式儀器、定制化檢測方案等商業(yè)化形態(tài)，未來五年市場規(guī)模將突破百億，帶動金剛石材料、量子芯片、精密電子等上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，為我國高端科學(xué)儀器國產(chǎn)化替代注入強(qiáng)勁動力。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)力，量子傳感開啟 “國產(chǎn)化時代”

此次技術(shù)突破不僅彰顯了我國在量子調(diào)控領(lǐng)域的科研實力，更凸顯了高端儀器 “自主化、產(chǎn)業(yè)化” 的核心趨勢。據(jù)了解，研發(fā)團(tuán)隊已與國內(nèi)多家金剛石材料企業(yè)、量子科技公司建立合作，推動核心工藝的量產(chǎn)優(yōu)化與成本控制，預(yù)計未來 3-5 年將實現(xiàn)儀器的規(guī)?；a(chǎn)。同時，該技術(shù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定工作已啟動，有望主導(dǎo)形成我國在量子傳感儀器領(lǐng)域的技術(shù)話語權(quán)。

“高端儀器裝備是科技創(chuàng)新的‘倍增器’，而自主可控是產(chǎn)業(yè)安全的核心保障。” 行業(yè)協(xié)會專家表示，該量子傳感器的自主研發(fā)成功，打破了國際品牌在高端磁探測儀器領(lǐng)域的壟斷，為我國在量子傳感、量子計算等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了裝備基礎(chǔ)。未來，隨著政策支持與市場需求的雙重驅(qū)動，量子傳感儀器將加速向工業(yè)檢測、醫(yī)療成像、半導(dǎo)體制造等民用領(lǐng)域延伸，開啟 “科研級 - 工業(yè)級 - 民用級” 的全鏈條發(fā)展之路。