一個計量單位里的創(chuàng)新力｜10納米級精度測量洞察微觀世界

　　在國儀量子的應(yīng)用中心，進(jìn)門最顯眼的一臺設(shè)備就是半人高的掃描NV探針顯微鏡。

　　“我們自主研發(fā)的這臺掃描NV探針顯微鏡，利用NV色心量子探針，能夠?qū)崿F(xiàn)超高靈敏度、空間分辨率達(dá)10納米的微觀磁測量，為相關(guān)材料的深層次研究提供基礎(chǔ)。”國儀量子傳感事業(yè)部總經(jīng)理許克標(biāo)指著磁盤成像結(jié)果向記者介紹。

　　10納米分辨率的顯微鏡，能洞察到怎樣的微觀世界？技術(shù)人員將磁盤樣品送至掃描NV探針顯微鏡測量平臺，綠色激光射入NV色心量子探針，一旁的屏幕上很快顯示出動態(tài)變化的色塊，這是磁盤樣品表面納米尺度的磁場分布。運用量子精密測量技術(shù)，磁盤樣品表面的磁場分布“一覽無余”。

　　量子精密測量是一種利用量子特性突破經(jīng)典測量技術(shù)極限、實現(xiàn)更高精度物理量測量的技術(shù)，就像微觀世界中的一把精密度非常高的尺子，可以測到過去看不到的現(xiàn)象。例如，可用于鋰電池漏流檢測；用于定位芯片失效點位點，幫助芯片設(shè)計和研發(fā)；用于免疫檢測，可以提升腫瘤細(xì)胞的精準(zhǔn)定量檢測精度。

　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，量子精密測量技術(shù)應(yīng)用前景非常廣泛。它可應(yīng)用于各類超高精度和復(fù)雜情況的測量場景，也被認(rèn)為是量子信息技術(shù)下一個“離產(chǎn)業(yè)最近”的方向，或?qū)⒙氏葘崿F(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，到2035年，全球量子精密測量市場規(guī)模將增長到39億美元。

　　但量子精密測量儀器的研發(fā)并不是一帆風(fēng)順，測量精度不斷攀升的背后，是量子調(diào)控技術(shù)的持續(xù)研發(fā)和產(chǎn)品工程化的無數(shù)次嘗試。

　　“NV色心作為量子精密測量最前沿的技術(shù)之一，將其開發(fā)為商用儀器沒有太多可參考的案例。圍繞NV色心技術(shù)，我們不斷嘗試、反復(fù)迭代，對量子探針以及配套的控制設(shè)備進(jìn)行了自主研發(fā)與集成優(yōu)化，研發(fā)出一整套量子精密測量操控設(shè)備和操作系統(tǒng)，最終實現(xiàn)量子精密測量儀器的產(chǎn)品化與工程化。”許克標(biāo)說。

　　在攻克產(chǎn)品化基礎(chǔ)的操控技術(shù)后，測量儀器還需要穩(wěn)定、可靠。在實驗室的科研成果向真正能夠產(chǎn)業(yè)落地的設(shè)備產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過程中，如何實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)同樣是塊“難啃的骨頭”。

　　量子精密測量的核心是金剛石NV色心量子傳感器的制造，包括金剛石生長、離子注入、退火、微納加工以及裝配調(diào)試等多個精密工序，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。

　　“各道工序中，傳感器的裝配既是設(shè)備完成精密測量的基礎(chǔ)，也是能否轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定量產(chǎn)產(chǎn)品、真正實現(xiàn)技術(shù)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)。”許克標(biāo)說，和通常意義上的裝配不太一樣，掃描NV探針顯微鏡的傳感器包含大量極小尺寸的零部件，例如傳感器尖端直徑可小到200納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的三百分之一，其安裝涉及微納加工工藝，對裝配提出了極高的要求。“為了實現(xiàn)穩(wěn)定的高性能產(chǎn)品制造，我們組織了專業(yè)的工程化團(tuán)隊，針對各個工序逐個攻克，進(jìn)行了無數(shù)次的實驗改進(jìn)，最終完成了一整套能夠保持一致性與穩(wěn)定性的裝配工藝，實現(xiàn)量子傳感器的批量制造?！?/p>

　　持續(xù)的創(chuàng)新與探索使得國內(nèi)量子精密測量產(chǎn)業(yè)不斷推進(jìn)。量子精密測量是正處于產(chǎn)業(yè)起步階段的前沿尖端技術(shù)，多方合作也為中國精密測量的發(fā)展獲得了與國際同行站在同一起跑線的機會。

　　“量子精密測量的發(fā)展，還需要培育一批配套企業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)鏈，共同提高工程化水平。作為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的成果轉(zhuǎn)化企業(yè)，我們也希望能夠投身到中國量子精密測量儀器的發(fā)展中，為我國測量產(chǎn)業(yè)以及更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域作出更多貢獻(xiàn)?！眹鴥x量子董事長賀羽說。(記者 袁小康)

　　轉(zhuǎn)自：經(jīng)濟(jì)參考報

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