我院杜江峰、王亚等东谈主在量子精密测量领域得回挫折施展露出 同人，提议基于信号关系的新量子传感范式，竣事对金刚石内点残障的高精度成像，并及时不雅测了点残障的电荷能源学。这项盘问后果以“Correlated sensing with a solid-state quantum multisensor system for atomic-scale structural analysis”为题，于1月5日在线发表在《Nature Photonics》上。

最近二十多年时候里，量子传感的发展也曾使得许多物理量的测量时间得回了改变性的施展。比如基于纳米范例的金刚石氮-空位色心量子传感器有望竣事单分子的结构瓦解（杜江峰院士团队前期使命：Nature Physics10， 21 (2014);Science 347， 1135 (2015);Nature Methods 15， 697 (2018)）。以磁测量为例，面前竣事结构瓦解的量子传感范式需要对记号的自旋探伤主义进行量子操控。关系词当然界中的许多物理表象既不包含自旋也无法径直操控，如半导体中的电荷能源学导致的就地电报信号等。更挫折的是，当多个探伤对象信号一样互关系扰，单个量子传感器将无法对信号进行有用索取与分析。

为此本使命提议了一种新的量子传感范式，即运用多个量子传感器之间的信号关系，升迁对复杂对象的瓦解智力和重构精度。盘问团队基于自主发展的氮-空位色心制备时间，可收尾备出相距约200纳米的三个氮-空位色心看成量子传感系统，通过对就地电场探伤展示了这种新的量子传感范式。

图：（a）执行体系的暗意图，小图为本使命中使用的三色心体系的超别离成像；（b）共振荧光引发谱的谱峰位置涨落，对应了每个色心处的电场涨落；（c）运用三个色心的电场涨落信号之间的关系不错别离出不同的残障；（d）量子定位系统的暗意图；（e）在三个色心周围定位出的16个点残障。

金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，材料中点残障的电荷能源学会带来就地的电场噪声。本使命中，运用金刚石氮-空位色心引发态的直流斯塔克效应来竣事对电场的传感。当某个点残障的电荷景象发生改变时，三个氮-空位色心不错同期探伤到因电荷变化而引起的电场变化。运用三个色心间电场同期变化的关系特征，不错从零七八碎的涨落电场中瓦解出每个点残障对应的电场。况兼由于每个点残障和三个氮-空位色心的相对空间位置不同，就不错字据每个氮-空位色心所感受到的电场标的和大小的不同，来细巧目位出点残障的空间位置。使用这种肖似于卫星定位的量子定位时间，盘问团队告捷对微米范围内16个点残障进行了定位，定位精度最高达到1.7纳米。基于这种关系别离和细巧目位的智力，盘问团队还竣事了对每个点残障电荷能源学的原位及时探伤，为盘问体材料里面点残障的性质提供了新的范例。

这一后果展示了基于量子时间的超高灵巧度残障探伤，可对0.01ppb级别的残障浓度（一千亿个普通原子中出现一个残障）进行探伤。这要比现在最灵巧范例的探伤极限升迁两个量级以上，有望为面前十纳米以下芯片中的残障检测提供一种强有劲的时间妙技。

中国科学院微不雅磁共振要点执行室特任副盘问员季文韬、博士盘问生刘昭昕与郭宇航为本使命共同第一作家，杜江峰院士、王亚培育为共同通信作家。此项盘问得到了国度当然科学基金委、中国科学院、科技部和安徽省的资助。

 论文运动：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01352-4

（中国科学院微不雅磁共振要点执行室、物理学院、中国科学院量子信息和量子科技创新盘问院、科研部）