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科技日報記者 吳長鋒
記者15日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊孫方穩(wěn)教授研究組利用微納量子傳感與電磁場在深亞波長的局域增強，研究微波信號的探測與無線電測距，實現(xiàn)10-4波長精度的定位。該成果日前發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。
量子信息技術的發(fā)展為發(fā)展雷達技術提供了新的解決方案。量子傳感和精密測量利用量子相干、關聯(lián)等特性提升系統(tǒng)對物理量的測量靈敏度，有望超越傳統(tǒng)測量手段的精度。?
該研究中，研究組結(jié)合微納米分辨力的固態(tài)體系量子傳感與電磁場的深亞波長局域，發(fā)展高靈敏度微波探測和高精度微波定位技術。研究組設計了金剛石自旋量子傳感器與金屬納米結(jié)構(gòu)組成的復合微波天線，將自由空間傳播的微波信號收集并匯聚到納米空間，從而通過探測局域的固態(tài)量子探針狀態(tài)對微波信號進行測量。該方法將自由空間弱信號的探測轉(zhuǎn)換為對納米尺度下電磁場與固態(tài)自旋相互作用的探測，提高了固態(tài)量子傳感器的微波信號測量靈敏度3-4個量級。為了進一步利用高靈敏度的微波探測實現(xiàn)高精度微波定位，研究組搭建了基于金剛石量子傳感器的微波干涉測量裝置，通過固態(tài)自旋探測物體反射微波信號與參考信號的干涉結(jié)果，得到物體反射微波信號的相位以及物體的位置信息。同時，研究組利用固態(tài)自旋量子探針與微波光子多次相干相互作用，實現(xiàn)了量子增強的位置測量精度，達到10微米水平（約波長的萬分之一）。
審稿人認為該工作是金剛石量子傳感器在量子測距中的首次應用。與傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)相比，該量子測量方法無須檢測端的放大器等有源器件，降低了電子噪聲等因素對測量極限的影響。研究人員表示，通過后續(xù)的研究，將可以進一步提高基于固態(tài)自旋量子傳感的無線電定位精度、采樣率等指標，發(fā)展實用化固態(tài)量子雷達定位技術，超過現(xiàn)有雷達的性能水平。
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中國科大供圖
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