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量子物理學的世界已經很神秘，但當亞原子粒子這個奇怪的領域受到巨大的壓力時會發生什么？事實證明，在壓力下觀察量子效應很困難，原因很簡單：設計能夠承受極端力的傳感器具有挑戰性。

近日，華盛頓大學的物理學家團隊取得了一項重大科研突破，成功開發出一種能夠承受極端壓力的量子傳感器。相關研究成果發表于《自然通訊》雜志。

在量子物理學領域，觀察壓力下的量子效應一直是個難題，主要原因在于設計能承受極端壓力的傳感器極具挑戰性。而此次由華盛頓大學藝術與科學學院物理學助理教授 Chong Zu 領導的團隊，利用中子輻射束從氮化硼薄片中擊出硼原子，形成可捕獲電子的空位。由于量子級相互作用，電子自旋能量會隨附近材料的磁性、應力、溫度等特性改變，通過追蹤電子自旋，就能深入了解被研究材料的量子特性。

此前，團隊曾基于鉆石缺陷開發量子傳感器，但鉆石的三維結構使得傳感器難以貼近被研究材料。相比之下，新傳感器所在的氮化硼薄片厚度小于 100 納米，約為人類頭發絲的千分之一，傳感器與被測材料間距不到 1 納米，極大提升了檢測精度。

在高壓測試環境中，研究人員使用 “鉆石砧”（由兩塊約 400 微米寬的平坦鉆石表面組成）在高壓腔中擠壓材料，產生超過 3 萬倍大氣壓的壓力。測試結果顯示，新傳感器能夠檢測到二維磁體磁場的細微變化，展現出了卓越的穩定性和靈敏度。

這種新型量子傳感器應用前景廣泛，可用于研究地球核心高壓環境下巖石的特性，助力理解地震等大規模地質事件；還能推動超導研究，幫助收集關鍵數據，解決室溫超導領域的爭議。