MIT 研製室溫量子感測器 可同時量度多個參數

麻省理工學院（MIT）研究團隊開發出一款新型固態量子感測器，能夠同時測量多個參數。此技術有望提升對材料及生物系統內原子與電子的理解。量子感測器能偵測傳統感測器無法觸及的系統屬性，透過捕捉微弱量子訊號，揭示細胞內部運作或宇宙深處奧秘。更令人印象深刻的是，它們能在室溫下運作，無需像其他量子應用般接近絕對零度，從而具備高度實用性。

量子感測器運作原理與挑戰

量子感測器利用糾纏、自旋態及疊加等量子特性，測量系統內的電場、重力、加速度及磁場等參數。其中一種感測器採用鑽石中的氮空位（NV）中心：氮原子取代鑽石晶格位置，鄰近晶格點出現空缺。此缺陷允許光學讀取電子自旋，而自旋對磁場或溫度變化極為敏感，從而實現高解析度測量。然而，自旋共振變化可能由多因素引起，難以同時測量多項參數。 「若只能逐一測量單一量值，就需重複實驗，耗時更長，靈敏度降低，並增加誤差風險。

」MIT 核科學研究生 Takuya Isogawa 解釋道。 MIT 研究團隊使用雷射測量 NV 中心的螢光、微波天線偵測電子自旋，並以射頻場測量氮原子自旋，從而增加可用量子位元（qubits）。他們採用貝爾態測量技術，讓兩個量子位元同時測量三項參數。由於感測量子位元與輔助量子位元自旋糾纏，系統可靠性高。 團隊已成功同時測量微波磁場的振幅、失調及相位，並相信可擴展至電場、溫度、壓力及應變等。

「NV 中心感測器具備極高空間解析度及多功能性，能測量多種物理量，且室溫運作適合生物測量或凝聚態物理實驗。」Isogawa 在新聞稿中補充。 研究團隊承認目前測量精度仍有不足，將於未來改進，並計劃用此感測器表徵異質材料。研究成果刊載於 PRX Quantum 期刊。