筑波大学的科学家们近日演示了一种如何利用超快光谱来提高量子传感器时间分辨率的方法。通过测量金刚石晶格内相干自旋的方向，他们表明即使在很短的时间内也可以用来测量磁场。这项工作可能有助于推进被称为“量子计量”的超高精度测量以及基于电子自旋运行的“自旋电子”量子计算机的发展。

量子传感提供了以纳米分辨率来极其精确地监测温度以及磁场和电场的可能性。通过观察这些特性如何影响传感分子内的能级差异，纳米技术和量子计算领域的新途径可能变得可行。然而，由于发光寿命有限，传统量子传感方法的时间分辨率以前一直被限制在微秒范围内。因此，需要一种新方法来帮助改进量子传感。

现在，由筑波大学领导的一组研究人员开发了一种在NV色心量子传感系统中实施磁场测量的新方法。氮空位(NV)色心是金刚石中的特定缺陷，其中两个相邻的碳原子已被一个氮原子和一个空位所取代。人们可以使用光脉冲读取或相干操纵该位置的额外电子的自旋状态。

该研究第一作者Ryosuke Sakurai说：“例如，即使在室温下，带负电的NV自旋态也可以用来作为一种具有全光学读出系统的量子磁力计。”该团队使用“逆科顿-穆顿(inverse Cotton-Mouton)”效应来测试他们的方法。当横向磁场产生双折射时，就会发生正常的科顿-穆顿效应，双折射可以将线偏振光变为椭圆偏振光。在这个实验中，科学家们做了相反的事情，并使用不同偏振的光来产生微小且受控的局部磁场。

日本高级科学技术研究所的资深作者Muneaki Hase和他的同事Toshu An说：“利用非线性光磁量子传感技术，将有可能在具有高时空分辨率的先进材料中测量局域磁场或自旋电流。”该团队希望这项工作将有助于实现敏感自旋态的量子自旋电子计算机，而不是像当前的计算机那样仅仅是电荷。该研究还可能使新的实验能够在现实设备操作的条件下去观察磁场的动态变化，甚至可能是观察单自旋。（编译:Qtech）