鑽石量子感測大突破！免用雷射也能讀取電子自旋

德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）的科學家們，最近開發出一項革命性的技術，能夠直接透過電訊號來讀取鑽石中的量子自旋狀態，完全不需要使用複雜的光學系統。這項突破將大幅簡化量子感測器與量子電腦硬體的設計。

在量子科技領域，含有特殊「色心」缺陷的鑽石一直是研究焦點。這些色心（如氮-空位中心）的電子自旋狀態，不僅能作為超高靈敏度的感測器，更是量子位元的理想載體。傳統上，要讀取這些自旋狀態必須依賴光學方法，不僅裝置龐大，操作也相當繁瑣。

研究團隊負責人Boris Naydenov博士解釋：「我們發現這些缺陷中心除了具有自旋特性外，還帶有電荷特性。」這個關鍵發現讓他們靈機一動，決定改用電學方式來偵測自旋狀態。

團隊採用改良版的開爾文探針力顯微鏡（KPFM）技術，當雷射激發NV中心時，會產生自由電荷載子。這些電荷會與表面態相互作用，在NV中心周圍形成可測量的電壓。博士生Sergei Trofimov興奮表示：「我們發現光電壓會隨NV中心的電子自旋狀態改變，這意味著我們真的能讀取單個自旋！」

更令人振奮的是，新方法還能透過微波激發來操控自旋態，即時捕捉自旋動力學。這項技術突破讓量子裝置微型化成為可能。Klaus Lips教授指出：「未來只需要設計適當的電極接觸，就能取代龐大的光學顯微系統和單光子偵測器。」

研究團隊預期，這項創新的讀取方法不僅適用於鑽石系統，還能推廣到其他固態量子系統。相關研究成果已發表於《自然通訊》期刊，為量子科技發展開闢了一條嶄新的道路。