一個計量單位裡的創新力丨10納米級精度測量洞察微觀世界

新華社北京6月17日電 （記者袁小康）《經濟參考報》6月17日刊發文章《一個計量單位裡的創新力丨10納米級精度測量洞察微觀世界》。文章稱，在國儀量子的應用中心，進門最顯眼的一臺設備就是半人高的掃描NV探針顯微鏡。

“我們自主研發的這臺掃描NV探針顯微鏡，利用NV色心量子探針，能夠實現超高靈敏度、空間分辨率達10納米的微觀磁測量，爲相關材料的深層次研究提供基礎。”國儀量子傳感事業部總經理許克標指着磁盤成像結果向記者介紹。

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變化的色塊，這是磁盤樣品表面納米尺度的磁場分佈。運用量子精密測量技術，磁盤樣品表面的磁場分佈“一覽無餘”。

量子精密測量是一種利用量子特性突破經典測量技術極限、實現更高精度物理量測量的技術，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象。例如，可用於鋰電池漏流檢測；用於定位芯片失效點位點，幫助芯片設計和研發；用於免疫檢測，可以提升腫瘤細胞的精準定量檢測精度。

業內人士認爲，量子精密測量技術應用前景非常廣泛。它可應用於各類超高精度和複雜情況的測量場景，也被認爲是量子信息技術下一個“離產業最近”的方向，或將率先實現大規模產業化應用。據有關機構預測，到2035年，全球量子精密測量市場規模將增長到39億美元。

但量子精密測量儀器的研發並不是一帆風順，測量精度不斷攀升的背後，是量子調控技術的持續研發和產品工程化的無數次嘗試。

“NV色心作爲量子精密測量最前沿的技術之一，將其開發爲商用儀器沒有太多可參考的案例。圍繞NV色心技術，我們不斷嘗試、反覆迭代，對量子探針以及配套的控制設備進行了自主研發與集成優化，研發出一整套量子精密測量操控設備和操作系統，最終實現量子精密測量儀器的產品化與工程化。”許克標說。

在攻克產品化基礎的操控技術後，測量儀器還需要穩定、可靠。在實驗室的科研成果向真正能夠產業落地的設備產品轉化過程中，如何實現穩定量產同樣是塊“難啃的骨頭”。

量子精密測量的核心是金剛石NV色心量子傳感器的製造，包括金剛石生長、離子注入、退火、微納加工以及裝配調試等多個精密工序，任何一個環節出現偏差都可能導致產品性能下降。

“各道工序中，傳感器的裝配既是設備完成精密測量的基礎，也是能否轉化爲穩定量產產品、真正實現技術向產業轉化的重要環節。”許克標說，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，相當於一根頭髮絲的三百分之一，其安裝涉及微納加工工藝，對裝配提出了極高的要求。“爲了實現穩定的高性能產品製造，我們組織了專業的工程化團隊，針對各個工序逐個攻克，進行了無數次的實驗改進，最終完成了一整套能夠保持一致性與穩定性的裝配工藝，實現量子傳感器的批量製造。”

持續的創新與探索使得國內量子精密測量產業不斷推進。量子精密測量是正處於產業起步階段的前沿尖端技術，多方合作也爲中國精密測量的發展獲得了與國際同行站在同一起跑線的機會。

“量子精密測量的發展，還需要培育一批配套企業，形成產業鏈，共同提高工程化水平。作爲中國科學技術大學的成果轉化企業，我們也希望能夠投身到中國量子精密測量儀器的發展中，爲我國測量產業以及更廣泛的工業領域作出更多貢獻。”國儀量子董事長賀羽說。（完）