隨著精密測量技術的發(fā)展，傳統的機電儀表，已從光學儀表過渡到量子儀表，傳感技術進入量子化時代。近年來，量子傳感技術作為一種新興的探測手段，已經被證實在高精度測量、量子計算等發(fā)面具有很大的應用潛力。

       近日，中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室的杜江峰院士、石發(fā)展教授、孔飛特任研究員等人在量子精密測量領域取得了重要進展。

       他們利用單個納米金剛石內部的氮-空位色心（Nitrogen-Vacancy center, NV center）進行量子傳感，成功克服了顆粒隨機轉動問題，實現在原位條件下探測到溶液中順磁離子的磁共振譜。該項研究成果以“In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy using single nanodiamond sensors”為題，發(fā)表在《Nature Communications》上，引發(fā)了學界和公眾的廣泛關注。

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

       量子傳感技術是基于量子態(tài)的精細測量。這種技術是利用量子態(tài)的特殊性質來提高精度，實現高靈敏度探測。

       量子傳感技術可以被應用在多個領域，比如磁場探測、重力測量、慣性導航、加速度計、波浪和溫度等環(huán)境參數的測量等。

       在量子傳感技術中，NV色心的載體是納米金剛石，納米金剛石具有優(yōu)異的物理化學性質，如高熱導率、低熱膨脹系數、高化學穩(wěn)定性及優(yōu)異的生物兼容性，因此近年來有不少研究將含有NV色心的熒光納米金剛石用作細胞內的長壽命熒光標記。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，實現細胞內的原位磁共振探測。因此，納米金剛石在量子傳感領域具有廣泛的應用前景。

       在原位條件下探測溶液中順磁離子的磁共振譜，這項技術的難度非常大。因為順磁離子的磁共振譜會受到很多因素的影響，而中國科學技術大學的這個研究團隊，通過巧妙的實驗設計和精湛的實驗技巧，利用了納米金剛石獨特的量子特性，成功克服了這些困難，實現了在原位條件下對順磁離子磁共振譜的精確測量。

       這項技術的成功實現，為科學研究提供了新的工具和方法，這項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。未來通過改善微波輻射結構效率、提升納米金剛石性質等方法，將能進一步提升測量速度，并將這一方法推向實際應用。

       這項研究成果也為實際應用提供了新的可能性。例如，在生物醫(yī)學領域，可以利用這項技術來研究生物分子的結構和功能，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、能源等領域，這項技術也有著廣泛的應用前景。

       中國科學技術大學的這項研究成果，不僅是對量子精密測量領域的一次重大突破，也是對納米科技和生物醫(yī)學領域的一次重要貢獻。它標志著中國在量子傳感技術領域已經邁上了一個新臺階，展現了中國科學家在前沿科學研究領域的深厚實力和創(chuàng)新能力。

       未來，我們期待看到更多的科研機構和企業(yè)投入到量子精密測量領域的研究和應用中來，推動量子科技的快速發(fā)展和廣泛應用。