看似奇幻莫測的金剛石量子技術(shù)，正在一步步實用化！

許多應(yīng)用，包括手機和汽車傳感器，都廣泛使用磁力測量技術(shù)。傳感器通常很大、很貴，而且需要低溫冷卻，這對可用性有不利影響。為了獲得最高的靈敏度，金剛石驅(qū)動設(shè)備成為一種緊湊、便攜的選擇。

近日，Element Six與其合作者SBQuantum 、英國華威大學(xué)分別發(fā)布了基于量子金剛石的應(yīng)用拓展方面的合作進展。

?? 用鉆石代替 GPS 來導(dǎo)航

如果能用鉆石代替 GPS 來導(dǎo)航，那會怎樣？

一家名為 SBQuantum（SBQ）的初創(chuàng)公司正和Element Six合作聯(lián)合研發(fā)一種基于金剛石基量子磁力計的導(dǎo)航技術(shù)，試圖在沒有全球定位系統(tǒng)的地方徹底改變導(dǎo)航系統(tǒng)。

據(jù)了解，Element Six 和 SBQ 一直保持合作，最早是在 2018 年英國年度量子展示活動上見面的。Element Six 為 SBQ 提供了制造基于金剛石的量子磁力儀原型所需的首批金剛石樣品。目前該企業(yè)創(chuàng)建并銷售金剛石基量子磁力計，用于工業(yè)和學(xué)術(shù)用途，特別是用于自動駕駛車輛。

目前的 GPS 系統(tǒng)通過連接衛(wèi)星來運行。一般GPS 系統(tǒng)會配備非常精確的磁力儀，它依靠特定位置的地球磁場的方向、強度或相對變化來提供最精確的位置、高度和航向信息。然而，摩天大樓等巨型金屬結(jié)構(gòu)可能會增加干擾。同時，由于北極等極地地區(qū)具有獨特的磁場線輪廓，因此無法獨立發(fā)射這些系統(tǒng)，這經(jīng)常導(dǎo)致無價設(shè)備的丟失或損壞。另外，許多情況下，例如地下或水下，GPS 都無法使用。

為了更精確地定位，金剛石磁力計被用于導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)，這將提高方向和方向信息的準確性，并實現(xiàn)極端條件下的導(dǎo)航。

總所周知，在量子力學(xué)應(yīng)用中，金剛石是一種關(guān)鍵的超材料。氮空位(NV) 是金剛石中的一種特殊缺陷，具有可控的量子特性，使其在室溫下表現(xiàn)得像孤原子。這些類似原子的鉆石缺陷的量子特征可以在室溫下控制，從而無需昂貴而笨重的低溫冷卻設(shè)備。

由于NV缺陷的量子特性對磁場非常敏感，因此金剛石中的NV是高靈敏度磁力儀的理想材料，金剛石可用于評估磁場的方向，并提供更高的靈敏度。

由于這些特性的結(jié)合，金剛石成為支持 GPS 導(dǎo)航的極精確傳感器的絕佳選擇。

金剛石量子磁力儀，它使用具有量子特性的金剛石來測量地球磁場中微小、幾乎察覺不到的異常的方向和強度。將它與磁場地圖結(jié)合起來，你就可以精確定位你在地球上的位置，理論上可以精確到 50 米左右。

與目前市面上的商用設(shè)備相比，金剛石量子磁力儀具有多項優(yōu)勢，包括室溫操作、大帶寬、高靈敏度和矢量能力。這些優(yōu)勢使其適用于許多應(yīng)用，包括無人機、地下采礦車和自主水下航行器。

目前，SBQ 公司正在創(chuàng)建的整個服務(wù)解決方案將傳感器與客戶端特定的儀表板相結(jié)合，可用于導(dǎo)航和異常檢測。

?? CVD金剛石推進醫(yī)學(xué)診斷

金剛石的卓越特性，使創(chuàng)建先進的量子醫(yī)療解決方案成為可能；使早期心臟病診斷成為可能；也非常適合磁心動圖 (MCG) 等醫(yī)療診斷程序……

英國華威大學(xué)的一組研究人員利用與Element Six NV金剛石材料，開發(fā)出世界上最靈敏的光纖耦合鉆石磁力儀。該設(shè)備測量物體或材料的磁場，并利用金剛石氮空位 (NV) 中心的量子技術(shù)對其進行分析。

據(jù)了解，元素六與華威大學(xué)攜手合作已十年，在這一過程中逐步提高金剛石量子技術(shù)的準確性和靈敏度。

其中，一項研究項目，經(jīng)過五年，磁力儀的靈敏度提高了 1000 萬倍，從毫特斯拉閾值提高到了納特斯拉閾值（如下圖所示），這使得該技術(shù)適用于心臟病的初步診斷和鋼筋腐蝕的識別等用途。

目前，該團隊研發(fā)的工具可以檢測鋼鐵腐蝕情況，相信可能很快就能測量心跳脈搏。下一個任務(wù)是將這種創(chuàng)新方法轉(zhuǎn)化為可銷售的現(xiàn)實。

華威大學(xué)副教授 Gavin Morley 博士表示，未來希望縮小產(chǎn)品尺寸，使其更便于攜帶，體積小到可以裝進背包。

英國量子計劃也已投入大量研究資金來提高該產(chǎn)品的性能，這對該項目的成功也至關(guān)重要。同時，參與這項研究的華威大學(xué)團隊成員獲得了網(wǎng)絡(luò)量子信息技術(shù)中心 (NQIT)、皇家學(xué)會和鉆石科學(xué)與技術(shù)博士培訓(xùn)中心 (CDT) 的資助，該中心由 Element Six 提供支持。

針對下一步計劃，華威大學(xué)的研究團隊還在考慮腦磁圖 (MEG)，這是一種檢測大腦信號的技術(shù)，未來可能會成為一種潛在的應(yīng)用。盡管金剛石腦磁圖更難實現(xiàn)，因為大腦的磁場比心臟的磁場要小，但它未來可能會被用來診斷精神分裂癥和早期阿爾茨海默病等疾病。