量子传感热化难题被破解

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在量子传感中，热化就像一个信息“黑洞”——你测量到的信号会像滴入水中的墨滴一样，随时间扩散、模糊，最终彻底丢失。这是当前量子精密测量迈向实用化面临的一大核心限制。日前，清华大学交叉信息研究院段路明院士团队首次在大规模固态自旋体系中成功观测到多体动力学冻结现象，成功抑制了热化效应。

　　热化在周期性驱动的量子系统中尤为突出。此前理论界虽预言动力学冻结可抑制热化，但受实验系统复杂度影响，该现象始终难以在真实体系中落地观测。

　　此次研究团队利用金刚石中约10000个有相互作用的氮—空穴色心电子自旋作为实验系统，借助激光与微波场，使相互作用自旋系综在特定驱动参数下进入一种特殊的非平衡动力学状态。在该状态中，系统并不会快速热化，而是表现出“被冻结”的动力学行为。实验发现，满足特定参数条件时，系统总自旋磁化量可稳定持续约200个驱动周期；而当驱动参数偏离冻结条件时，系统则迅速表现出热化行为，这明确了涌现守恒量是抑制热化的核心机制。

　　该成果不仅首次在大规模固态自旋体系中成功观测到多体动力学冻结现象，揭示了一种基于涌现守恒量的新型热化抑制机制，更为发展基于多体动力学的量子传感技术开辟了全新方向。

　　研究团队还将该机制应用于磁场测量，对比传统技术方案，新方法实现磁场灵敏度提升约2.7倍，突破了性能局限，大幅强化微弱磁信号探测能力。该方案仅需全局调控，操作简便、落地性强。

　　研究团队成员介绍，未来，研究团队计划深入发展和优化基于该机制的量子传感性能，在提升灵敏度的同时，将这一新型传感方案应用于凝聚态物理、化学及生物医学等前沿交叉领域，具体应用场景包括超导材料、铁磁材料的磁性测量，活体细胞内的温度、磁场之类的物理性质测量等。

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丶Sean

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