加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）物理学家Ania Bleszynski Jayich团队将钻石作为量子传感器平台推进研究。该团队认为，相比需要大量量子比特进行误差校正的量子计算机，量子传感等应用在所需量子比特数量上更为可控，相关技术进展也更快。

团队最新成果以《嵌入自旋的钻石光机械谐振器，机械品质因数超过一百万》为题发表在《Optica》。研究展示了一种钻石光机械谐振器结构，并在实验中实现机械品质因数（Q因子）超过一百万。

10GHz级钻石光机械晶体实现高Q振荡

研究人员采用的器件为“钻石光机械晶体”振荡梁：一根极细的钻石梁，宽度约1微米，约为人类头发直径的百分之一。器件中还集成了电信频段的光学谐振器，与机械谐振器共址，用于驱动并读取机械自由度。

在该类机械系统中，品质因数用于衡量振荡次数与能量耗散之间的比率。团队报告称，其器件在约10GHz频率下工作，相当于每秒循环约100亿次；在能量泄漏到环境之前，机械振荡可持续约一百万次。Bleszynski Jayich表示，面向量子技术应用，团队重点关注高频机械谐振器。

以缺陷量子比特为核心的传感器路径

Bleszynski Jayich指出，高Q机械谐振器的重要性在于可在较长时间内存储量子信息，使机械自由度能够作为存储器或换能器服务于量子计算、量子传感等应用。

她同时强调，器件的关键特征之一是钻石中经过工程设计的缺陷。以氮空位（NV）中心为例：在由大量碳原子构成的晶格中，氮原子与相邻空位可形成NV中心。该缺陷位于钻石内部，在光激发下会发光，可作为长寿命量子比特，并对微弱磁场、电场、应变或热场变化保持敏感。

在团队设想中，未来应用不仅需要这些量子比特存在，还需要它们之间产生可控相互作用。研究人员提出，晶格中原子的协调运动可为嵌入缺陷之间的“通信”提供路径，而更高的机械Q因子有助于增强这种介导效应并提升可控性。团队的长期目标之一，是利用机械运动介导的相互作用，将多个传感器组合为协同工作的系统，以实现超越经典方案的高灵敏度传感。

与硅体系对比及后续测量计划

Bleszynski Jayich表示，量子技术领域的机械系统研究通常从硅或氮化硅等成熟材料起步。她指出，钻石的吸引力在于其可承载高度相干的量子比特，同时具备高热导率、宽禁带以及优异的光学与机械特性，但制造难度较高。她称团队在过去约15年中已克服多项制造挑战。

对于机械Q因子的材料对比，她表示，迄今硅体系的机械Q因子被证明高于钻石，但Q因子对测量方法高度敏感。该团队此次在持续照射光的条件下进行测量，采用连续光学探测方式；这种方法会因光吸收带来显著加热，从而影响测量结果。

她表示，更理想的方案是脉冲光学探测，即交替开关光源并在光关闭时完成测量。团队计划采用脉冲技术评估在无光照条件下的谐振器表现，并预计Q因子将显著提升，达到或超过硅体系水平。

研究团队最终希望借助更高的机械Q因子，实现机械介导的NV-NV量子比特相互作用，并进一步获得多体、计量学上有用的纠缠态。Bleszynski Jayich表示，这一目标仍有待后续工作推进，目前研究受到相关理论提案的激励。