+1！中科大杜江峰院士團隊最新成果登《Nature》

11月26日，中國科學技術大學杜江峰院士、王亞教授為共同通訊作者在全球頂級科研期刊《Nature》上發表題為“Entanglement-Enhanced Nanoscale Single-Spin Sensing”的研究論文。中國科學技術大學自旋磁共振實驗室博士研究生周旭和特任副研究員王孟祺為該論文共同第一作者。中國科學技術大學為論文的第一完成單位。

中科大杜江峰院士團隊利用自主研發的超純金剛石生長（Science Advances 11, eadr9298 (2025)）與納米精度定點摻雜技術（Science Advances 8, eabn9573 (2022)），成功制備出間距小至5納米的氮-空位色心對結構。

這種精確的空間控制，是實現后續量子糾纏增強探測的關鍵基礎。在探測方法上，研究團隊創造性地將一對色心制備成一種特殊的量子糾纏態。這種狀態讓它們能“無視”來自遠端的相同背景噪聲，同時協同“聚焦”并放大近端目標單自旋的獨特信號(圖1)。這一巧妙的策略，成功解決了“信號放大”與“噪聲干擾”之間長期存在的矛盾，將空間分辨率提升了1.6倍。

圖 1：糾纏態增強的納米尺度單自旋傳感示意圖。其中綠色球體為待探測的單個目標自旋，紅色球體為噪聲自旋，藍色球體為無自旋的原子（如12C）。單自旋傳感器的有效傳感面積較大，其內不可避免的存在其它噪聲自旋。而糾纏態傳感器能夠聚焦傳感區域，其內的自旋可以僅存在目標自旋，從而實現單個目標自旋信號的有效探測。

圖 2：基于糾纏態增強的暗自旋探測實驗。a. 中心位置制備有氮-空位色心對的金剛石納米柱結構示意圖。b. 不同傳感器初態的相干時間對比，其中糾纏態展現出最長的相干時間。c. 通過使用糾纏態傳感器分辨出周圍兩個暗自旋DS1和DS2的特征譜。d. 糾纏態傳感器探測不同暗自旋時的相干相位演化。e. 糾纏態傳感器對DS2進行探測時的靈敏度增益。f. 通過NV與暗自旋DS1構建糾纏傳感器，對不穩定自旋信號進行持續監測。

這項突破性技術實現了三大重要進展：成功區分并探測到相鄰的兩個"暗"電子自旋；在嘈雜環境中將探測靈敏度提升至單傳感器水平的3.4倍；能夠實時監測并主動調控不穩定自旋的信號(圖2)。該成果不僅實驗驗證了量子糾纏在納米尺度傳感中的優勢與巨大潛力，也展示了金剛石量子傳感器能夠作為強大的納米磁強計，為原子層面研究量子材料打開新窗口，將為凝聚態物理、量子生物學和化學等領域提供革命性的研究工具。相關金剛石氮空位色心的可控制備與量子糾纏調控技術也是朝向實現室溫金剛石量子計算的關鍵基礎。

中國科學技術大學簡介

中國科學技術大學是中國科學院所屬的一所以前沿科學和高新技術為主，兼有醫學、特色管理和人文學科的理工科大學。學?，F有34個學院，含8個科教融合學院；設有蘇州高等研究院、上海研究院、北京研究院、先進技術研究院、國際金融研究院、附屬第一醫院（安徽省立醫院）。

學校于1958年9月在北京創建，郭沫若任首任校長。這是我黨為“兩彈一星”事業而創辦的紅色大學，她的創辦被稱為“我國教育史和科學史上的一項重大事件”。建校后，中國科學院實施“全院辦校、所系結合”的辦學方針，高起點、寬口徑培養新興、邊緣、交叉學科的尖端科技人才，匯集了嚴濟慈、華羅庚、錢學森、趙忠堯、郭永懷、趙九章、貝時璋等一批著名科學家，建校第二年即被列為全國重點大學。

1970年初，學校遷至安徽省合肥市。1978年以來，學校銳意改革、大膽創新，在全國率先提出并實施一系列具有創新精神和前瞻意識的教育改革措施，創辦少年班、首建研究生院、建設國家大科學工程、面向世界開放辦學等，成為國家高質量人才培養和高水平科學研究的重要基地，是國家首批實施“985工程”和“211工程”的大學之一。2017年9月和2022年2月，學校兩度入選全國世界一流大學和世界一流學科建設高校，共有11個學科入選世界一流學科建設名單。建校66年來，學校堅持紅專并進、理實交融的校訓，敢為人先，銳意進取，培養了大批德才兼備的優秀人才，取得了一系列舉世矚目的科研成果，為黨和國家事業發展作出了重要貢獻。

編輯、審核：艾克旦

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