金剛石NV色心量子傳感器是一種基于金剛石氮-空位(NV)色心的納米尺度固態自旋量子傳感器。金剛石NV色心是一種具有C3v對稱結構的點缺陷,即金剛石中一個碳原子被一個氮原子取代,在鄰近處產生了一個空位,空位周圍是三個懸空鍵的碳原子。
在室溫條件下,金剛石NV色心主要以NV0、NV-兩種帶電狀態存在,特定條件下,兩種電荷態能夠相互轉化。由于結構特殊,金剛石NV色心具有長相干時間、兼容微納加工、量子特性優良等優勢,且在室溫下可實現自旋操控和讀出,在量子傳感、量子計算、量子通信等量子研究中應用價值高。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2029年中國金剛石NV色心量子傳感器行業市場供需現狀及發展趨勢預測報告》顯示,基于金剛石NV色心的量子傳感器兼具高靈敏度、高空間分辨率、高穩定性、小型化等優勢,在生物醫藥、精密測量、移動通信、航天航空、能源電力、教學科研、材料科學等領域具有廣闊應用前景。
金剛石NV色心量子傳感器處于產業化前沿,近年來,國內外金剛石NV色心量子傳感器產業化進程不斷推進。如歐洲PROMISE聯盟啟動了PROMISE項目,旨在將基于金剛石NV色心的量子磁成像傳感器推進到預產業化水平;博世(Bosch)與合成金剛石制造商Element Six成立了合資企業-博世量子傳感,博世量子傳感專注于研究基于金剛石NV色心的量子產品,包括量子磁強計、量子傳感器等。
我國是全球最大的人造金剛石生產國,人造金剛石產量占全球總產量90%以上。同時我國在金剛石NV色心量子傳感器研制領域也處于全球領先水平,相關企業及單位包括安徽國盛量子科技有限公司(國盛量子)、中國科學技術大學、中國電科第十三研究所、國儀量子(合肥)技術有限公司等。
國盛量子成立于2019年,脫胎于中國科學技術大學,基于金剛石NV色心量子測量技術,國盛量子研發出量子溫度傳感器、量子磁力傳感器、量子電流傳感器等產品。2025年國盛量子與中國科學技術大學、安徽電科院等合作,基于金剛石NV色心在國際上首次研制出量子電流互感器,在0-1000A量程內,其能夠實現0.05%的交流幅值測量精度。
新思界
行業分析人士表示,金剛石NV色心具有諸多卓越性能,是芯片化高精度傳感器發展新方向,基于金剛石NV色心的量子傳感器性能優異,應用前景廣闊。目前國內外金剛石NV色心量子傳感器研制在不斷深入,隨著微納加工技術、量子調控技術等技術的發展,金剛石NV色心量子傳感器性能將實現進一步提升。
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