2026年4月6日——大多数人将钻石视为高端装饰品。但加州大学圣塔芭芭拉分校物理学家安妮亚·布莱辛斯基·杰伊奇不这么认为。在她执掌的量子铸造实验室里培育的钻石，被她视作量子传感器的潜在强大基础。

相较于其他量子技术应用，传感器的发展目前遥遥领先。钻石传感器尤其引人注目，因其运行时仅需相对少量的量子比特（qubit），而量子计算机需要超过10万甚至百万量子比特来处理纠错——这正是量子计算的主要障碍之一。

该团队关于“机械品质因数超百万的自旋嵌入钻石光机械谐振器”的最新突破成果，已发表于《光学》期刊。

谐振之道

机械谐振器是最基础的技术之一。“敲击音叉就会鸣响”，量子铸造实验室主任杰伊奇教授解释道，“这就是机械共振”。量子领域的共振由声子产生，即大量原子的协同机械激发（如音叉振动）。优质振荡器的核心标准是能在能量衰减前持续振荡较长时间。

该实验室使用被称为钻石光机械晶体的微米级振梁（相当于发丝直径的百分之一），通过集成电信频段光学谐振器来驱动和读取机械自由度。机械振荡器的品质主要由Q因数（能量耗散前的振荡次数）衡量。虽然百万级Q值已属极高，但该团队通过10GHz级频率实现了每秒百亿次信号循环。

钻石优势：精密调控

杰伊奇生动比喻：“就像观察音叉齿的振动幅度，我们的钻石谐振器能在能量耗散前振荡约百万次。超高Q值机械谐振器可长时间存储量子信息，这对量子计算或传感至关重要。”

这些长寿谐振器的关键特性在于其工程化缺陷——氮空位（NV）中心。这些被光激发时会荧光的量子比特，能感知微弱的电磁场、应力或温度场。“我们已能批量制备数百个此类量子比特”，杰伊奇表示，“长期目标是让它们通过晶格原子协同运动实现'对话'，突破经典传感的精度极限。”

钻石与硅之争

尽管硅基材料在量子技术中更常见，钻石却具备独特优势：高热导率、宽带隙、卓越的光机械性能，以及高相干量子比特的承载能力。杰伊奇指出：“虽然加工难度是瓶颈，但我们用十五年攻克了多数工艺难题。”

目前硅的机械Q值仍高于钻石，但测量方法影响显著。该团队采用的连续光探技术会因光吸收导致发热，未来将改用脉冲光探技术进行更精准测量。“我们预计未光照时Q值将显著提升，媲美甚至超越硅基材料。”杰伊奇透露。

最终目标是通过更高Q值实现机械介导的NV中心多体纠缠态，为量子计量开辟新途径。“这项工作尚在探索阶段”，杰伊奇总结道，“当前我们正受到理论构想的激励。”