MIT首次在芯片上打造基于金剛石的量子傳感器 或取代車輛上的GPS

據外媒報道，美國麻省理工學院(MIT)的研究人員首次在硅芯片上打造了一種基于金剛石的量子傳感器，從而能夠為低成本、可擴展的量子計算、傳感和通信硬件鋪平道路。

金剛石中的“氮空位中心”(NV centers)是一種電子缺陷，能夠被光和微波控制。但是，此種缺陷會發出彩色光子，攜帶周圍磁場和電場的量子信息，可以用于生物傳感、目標探測和其他傳感應用。但是，傳統的基于NV的量子傳感器有餐桌那么大，還配備了昂貴的分立元器件，限制其實用性和可擴展性。

不過，MIT的研究人員找到一種方法，利用傳統的半導體制造技術，將所有體積龐大的組件，包括微波發生器、光學濾波器和光探測器等都集成至一個尺寸只有毫米大小的包裝中。值得注意的是，該傳感器能夠在室溫下工作，具有感應磁場方向和強度的能力。

研究人員展示的這種傳感器可用于磁力測量，這意味著能夠測量由于周圍磁場引起的原子尺度的頻率變化，而周圍磁場可能會包含有關周圍環境的信息。經過進一步完善，該傳感器還可用于其他領域，如繪制大腦中的電脈沖圖、在漆黑的環境中探測物體等。

如果金剛石晶格結構中兩個相鄰位置的碳原子消失，其中一個原子被氮原子取代，另一個位置“缺失”就會造成NV中心，導致結構中缺失了鍵，而此類結構中的電子會對周圍環境中的電、磁和光學特性的微小變化極其敏感。

NV中心本質上是一個原子，有一個原子核，周圍還有電子，還具備光致發光特性，能夠吸收和發射彩色光子。掃過NV中心的微波可讓其改變狀態(正、中性和負)，反過來改變電子的自旋，根據自旋，NV中心又會發射不同數量的紅色光子。

而光學檢測磁共振(ODMR)技術能夠測量出NV中心與周圍磁場相互作用后發出的光子數量，此種相互作用產出了有關磁場的可量化信息。為了實現這一切，傳統的傳感器需要各種體積龐大的組件(餐桌那么大)，包括安裝在其上面的激光器、電源、微波發生器、傳輸光和微波的導體、一個光學濾波器和傳感器以及一個讀出組件。