发展中的金刚石量子技术

王光祖，黄祥芬，卫凤午，吕华伟，王鹏辉

(1.郑州磨料磨具磨削研究所,河南 郑州 450001；2.郑州人造金刚石及制品工程技术中心有限公司，河南 郑州 450001)

1 引言

人造金刚石最近成为一系列基于量子技术应用的备选材料，包括：安全量子通信，量子计算机和电场/磁场感应[1]。量子应用使用量子物理学顶尖的领域来执行操作，在经典物理学系统中这些操作是不可能实现的。金刚石量子技术为21世纪的两个关键问题提供了潜在的解决方案，这就是生物医学和持续增长的信息经济。金刚石有能力缺陷变成量子资源，这种缺陷是特定的，即氮空位缺陷(NV)，其独特的性质使其量子态可以在室温下使用光束来操纵和读出。在基于量子的应用中，人造金刚石充当杂质或缺陷的主体，像固态原子陷阱一样起作用。这些杂质的量子特性，例如氮空位缺陷，可以单独操作并使其相互作用，并且从这些杂质发出的光的光子可以用于读出它们的量子信息[2]。

科学家可通过改变化学成分操控人造金刚石的性质。这种化学操作被称为掺杂。事实证明这种”掺杂”金刚石正成为从量子信息到生物传感的一系列技术的廉价替代材料。否则，开发这些材料将极其昂贵。

设有氮空位(NV)中心的金刚石能探测磁场变化，因此成为生物传感技术的强大工具并用于医学检测和疾病诊断。例如，脑磁图(MEG)是一种用于描绘大脑活动并且追踪诸如癞病组织等病理异常的神经影像技术。

不过，这些生物传感技术需要诱导NV中心电荷转换的光激化。……