据英国《金融时报》网站12月29日报道，德比尔斯矿业公司在大约80年前曾宣称“钻石恒久远”。如今，这句营销口号在量子时代有了全新演绎。

钻石凭借其耐久性，数千年来一直是珠宝领域的抢手货，而如今，科学家正利用这一特性，希望有朝一日将其转化为最先进的传感器，用于读取脑电波、实现无卫星导航，以及更快速、更高效地诊断疾病。

传感技术

钻石的这一全新时代，依赖于对其规整特质的颠覆。长期以来，正是这种特质使它因美观而备受珍视。通过在其高度有序的晶体结构中引入微小缺陷，科学家可将其打造成对亚原子量子现象异常灵敏的探测器。

钻石这些令人瞩目的新用途，是基于奇妙量子力学领域的高规格传感能力实现飞跃发展的一部分。

世界正迈入科学家们所称的“第二次量子革命”。

第一次量子革命在于对量子行为的理解，从而为电子、激光和超导体的工业时代奠定基础。第二次革命则在于对这些量子过程的精确控制，以期在计算、加密和传感等领域开辟具有深远意义的新应用。

量子技术在传感领域的优势，在于其测量微小变化的能力。

物理学中的“量子”概念，最初指的是通过向物体发送光或其他形式的辐射所传递的特定数量的能量，即离散的“能量包”。根据能量量子的大小，这种输入可改变原子的可测量特性，如原子的旋转、振动以及它们电子的行为。

与宏观世界的物体行为相比，我们在这一亚微观领域观察到的量子效应有时显得异乎寻常。

特性相配

近期颁发的诺贝尔奖提供了一个典型例子。2025年的诺贝尔物理学奖涉及一种名为“隧穿”的量子力学效应。该效应指的是，量子粒子有时似乎不会被物理屏障阻挡，而是可能出现在屏障的另一侧。若以人类经验类比，就好比将网球扔向墙壁，球径直穿墙而过——却没在墙上留下孔洞。

这些量子过程十分脆弱，极易在振动、磁场等外部环境因素的干扰下崩溃。这意味着它们需要一种坚固的基质材料来保护它们，同时基质材料自身产生的干扰要尽可能小。

这正是钻石——地球上最坚硬的天然物质——的用武之地。其碳原子通过强化学键连接形成的刚性晶格结构，使其具备抗振动特性。此外，大多数碳原子的原子核具备的固有特性能为量子效应的发生提供一个磁力上的“静默”环境。

钻石的量子特性部分是由20年前的一项偶然发现揭示的。一颗在西伯利亚开采的天然粉钻被命名为“神奇俄罗斯钻”。它被切割后送往世界各地的实验室进行研究。它促使科学家发表了一系列论文，讨论其在室温下维持量子态的异乎寻常的能力。

量子钻石

尽管通过采矿寻找另一颗“神奇钻石”的努力无果，但科学家最终掌握了在实验室中制造量子钻石的技术。

在牛津郡哈威尔科学园区，工业钻石制造商“元素六”公司运营的一间实验室里，就有这样一颗钻石。它是一块比指尖还小的粉色小立方体，嵌在一个黑色塑料传感器中。

这颗合成钻石内部存在一个所谓的氮-空位中心。这意味着，在晶体中本应由两个碳原子占据的相邻位置，实际被一个氮原子和一个空穴(即氮和碳元素均未占据的空位)取代。

量子活动发生在这个氮-空位中心，并与中心内的电子及其具有的一种可变特性——量子自旋——相关。这种自旋会根据外部施加的电磁场或磁场的不同呈现不同状态，有点类似学校物理实验中条形磁铁相互作用时的运动方式。

“元素六”公司首席技术专家丹尼尔·特威琴说：“可以把氮-空位中心想象成一个指南针。实际上，这个指南针就是一个磁力传感器。”

各种变化是可检测的，因为根据电子的自旋状态，它们会使氮-空位中心发出更亮或更暗的光。这使得量子钻石非常适合检测微小变化。特威琴说，它对磁场变化的灵敏度极高，甚至能探测到百米外街道上行驶的汽车。

这些量子钻石通过在生长过程中添加氮元素接受了纳米工程改造，从而形成了氮-空位中心。特威琴说：“要制造出这种量子钻石，你需要在每1百万个分子中改变一个分子。”

“元素六”公司的命名源于碳是元素周期表中的第六号元素。该公司是少数几家走在量子传感革命前沿的企业之一。

尽管该公司早在15年前就制造出了第一颗量子钻石，但直到最近，相关工艺才得以完善，能够可靠且经济地进行生产(如今一颗量子钻石的售价仅为数千英镑)。同时，将量子钻石嵌入电子“读取器”所需的技术也已取得长足进步。（编译/朱捷）