有缺陷的鑽石製造完美的量子感測器

量子感測器的力量

量子感測器將量子電腦最大的障礙——不必要的干擾或噪音，轉變為一種優勢。噪音會破壞量子電腦，因為它們用來計算的量子狀態會受到環境中最輕微的擾動影響。但量子感測器利用這些擾動來檢測磁場和電場的微小變化。

量子催化劑公司的首席執行官

量子催化劑公司 (Quantum Catalyzer, Q-Cat) 的首席執行官阿曼達·斯坦 (Amanda Stein) 正在努力尋找基於鑽石中量子缺陷的感測器的有意義市場。IEEE Spectrum 與她談論了這方面的挑戰。

鑽石中的缺陷如何用作感測器？

阿曼達·斯坦：氮空位 (Nitrogen-vacancy, NV) 中心是特別生長的鑽石中的缺陷，鄰近的碳原子被氮原子和一個空位（缺失的碳原子）取代。NV缺陷能進行精確感測，因為NV展現出優秀的量子行為——離散的能量水平、自旋，以及吸收和發射單個光子的能力——同時受到堅固的鑽石宿主的保護。例如，磁場的微小變化可以改變NV的能量水平，這會引起NV發射光子的速率可測量的變化。

如何找到可以受益於量子感測器的產業？

斯坦：我們尋找鑽石感測器可以增加價值的領域。最大的領域是在惡劣環境中，因為鑽石是一種極其堅固的材料。因此，像太空、石油和天然氣等產業都是重點。

鑽石感測器的優勢

鑽石感測器不需要很多校準，隨著一些技術的進步，未來可能實現無需校準。因此，它在長期準確性方面會很好。而且你可以用一個感測器檢測磁場、溫度、壓力，甚至可能還有重力。在惡劣環境中，用一個感測器取代多個感測器是非常有價值的。

你的第一個衍生公司 EuQlid 對半導體產業的貢獻是什麼？

斯坦：我們建造了一種叫做量子鑽石顯微鏡的設備，可以在廣闊的視野中以微米級解析度創建磁場的圖像。這在半導體領域中非常獨特。流經電線的電流會產生磁場，我們可以非侵入性地追蹤這些磁場。我們能夠在不使用可能有害的X光的情況下，查看一些新的包裝技術。

量子感測器可能影響的其他產業

斯坦：我們正在探索藝術品和高價值物品等領域。所有的顏料都有一些磁性特性，憑藉我們的極高靈敏度，我們可能能夠看到顏料的退化，甚至可能看到梵谷 (Van Gogh) 在創作過程中改變了想法的地方。

生物領域的潛力

另一個令人興奮的領域是生物。我們有一個假設，腫瘤細胞的鐵含量比健康細胞高。因此，我們可能可以將我們的工具用於病理學。

量子感測的未來

斯坦：我們也在研究其他材料，如碳化矽 (silicon carbide) 和石墨烯 (graphene)。

我認為隨著量子感測技術的進步，並開始提供更多解決方案，人們會更了解它實際能做什麼。這仍然需要大量的資金和技術開發，但在我看來，這比量子計算更接近現實。