量子傳感器能探測到最微小的環(huán)境變化，例如原子對磁場的反應(yīng)。由于這些傳感器能夠 "讀取 "亞原子粒子的獨(dú)特行為，因此它們也極大地提高了科學(xué)家測量和探測大環(huán)境變化的能力。

監(jiān)測這些微小的變化可以帶來廣泛的應(yīng)用--從改善導(dǎo)航和自然災(zāi)害預(yù)報(bào)，到更智能的醫(yī)學(xué)成像和疾病生物標(biāo)志物檢測、引力波探測，甚至是更好的量子通信安全數(shù)據(jù)共享。

佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家們正在開拓新的量子傳感平臺，以幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。該研究團(tuán)隊(duì)的最新研究 "通過幾層厚的六方氮化硼中的自旋缺陷感知自旋波激發(fā) "發(fā)表在本周的《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。

圖片:physicists-pioneer-new.jpg

測量平臺及機(jī)構(gòu)

該研究團(tuán)隊(duì)包括物理學(xué)院助理教授Chunhui Du和Hailong Wang，以及佐治亞理工學(xué)院的研究人員Jingcheng Zhou、Mengqi Huang、Faris Al-matouq、Jiu Chang、Dziga Djugba和Zhigang Jiang教授及其合作者。

超靈敏平臺

新研究利用色彩中心--晶體（杜文斌團(tuán)隊(duì)使用鉆石和其他二維層狀材料）中的小缺陷——進(jìn)行量子傳感研究，這些小缺陷允許光被吸收和發(fā)射，同時(shí)也賦予晶體獨(dú)特的電子特性。

通過將這些色心嵌入一種名為六方氮化硼（hBN）的材料中，研究小組希望創(chuàng)造出一種極其靈敏的量子傳感器--一種用于開發(fā)下一代變革性傳感設(shè)備的新資源。

就其本身而言，六方氮化硼對量子傳感和計(jì)算特別有吸引力，因?yàn)樗�可能含有可以用光操縱的缺陷--也就是所謂的 "光活性自旋量子比特"。

氫化硼中的量子自旋缺陷還具有很強(qiáng)的磁敏感性，與其他傳統(tǒng)技術(shù)相比，它能讓科學(xué)家"看到 "或 "感知"到更多細(xì)節(jié)。此外，氫化硼的片狀結(jié)構(gòu)與納米設(shè)備等超靈敏工具兼容，使其成為一種特別有趣的研究資源。

該團(tuán)隊(duì)的研究在感應(yīng)自旋波方面取得了關(guān)鍵性突破，Chunhui Du解釋說："在這項(xiàng)研究中，我們能夠檢測到以往研究中根本無法實(shí)現(xiàn)的自旋激發(fā)。”

探測自旋波是量子傳感的基本組成部分，因?yàn)檫@些現(xiàn)象可以長距離傳播，使其成為高能效信息控制、通信和處理的理想候選對象。

Chunhui Du解釋說："我們首次在實(shí)驗(yàn)中展示了二維范德華量子傳感——在真實(shí)世界環(huán)境中使用幾層厚的氫化硼，"他強(qiáng)調(diào)了這種材料在精確量子傳感方面的潛力。進(jìn)一步的研究可以使我們有可能利用氫化硼薄層中的顏色中心感知原子尺度的電磁特征"。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adk8495