鑽石中的量子魔力：奈米天線開啟量子科技新紀元

“我們的研究成果讓我們更接近實用的量子元件。藉由提升光子的收集效率，我們正在為安全的量子通訊和超敏感感測器等技術開啟大門。” – Rapaport 教授

(量子科技的閃耀之星：鑽石的華麗轉身): (鑽石不再僅僅是珠寶，其內部的量子特性正引領我們走向量子電腦、感測器和通訊網路的新時代。)


鑽石，這個長久以來被視為珍貴的寶石，如今在科學領域展現了全新的價值。過去，我們讚嘆它的閃耀光芒，但現在，科學家們發現，鑽石中的微小缺陷，也就是所謂的「氮-空位 (NV) 中心」，擁有一種近乎完美的「閃耀」能力，這對於量子科技的發展至關重要。這項發現不僅僅是材料科學的突破，更是量子科技領域的一大步。在追求更快速、更安全的資訊傳輸和更精確的感測技術的道路上，鑽石正扮演著越來越重要的角色。


(單光子的挑戰：量子資訊的微弱信號): (NV 中心作為量子「光開關」，會發出攜帶量子資訊的單個光粒子，但如何有效地捕捉這些微弱的光子一直是個難題。)


氮-空位 (NV) 中心是鑽石晶格中的一種缺陷，它們能夠像量子「光開關」一樣運作，發射出攜帶量子資訊的單光子。然而，長期以來，研究人員面臨的挑戰是，這些光子會朝四面八方散發，難以有效地收集和利用。想像一下，您試圖在一個黑暗的房間裡找到一顆微小的螢火蟲，而螢火蟲的光芒又非常微弱，這就是科學家們過去所面臨的困境。如何將這些微弱的光信號收集起來，並將其轉化為可用的量子資訊，是發展量子科技的關鍵。


(奈米天線的妙用：引導光子的精準設計): (耶路撒冷希伯來大學的研究團隊設計出一種特殊的混合奈米天線，能夠精準地引導 NV 中心發出的光子，大幅提高光子收集效率。)


為了解決光子收集效率低下的問題，耶路撒冷希伯來大學的研究團隊與柏林洪堡大學的合作夥伴，共同開發了一種特殊的混合奈米天線。這種天線由金屬和介電材料層層堆疊而成，形成一個精密的「靶心」圖案。透過精準的定位技術，研究人員將含有 NV 中心的奈米鑽石放置在天線的正中心，誤差僅在數十億分之一米之內。這種設計能夠有效地引導 NV 中心發出的光子，使其朝著特定的方向傳播，而不是四處散射。


(80% 的突破：室溫下的驚人成果): (新的系統在室溫下能夠收集高達 80% 的光子，這是一個巨大的進步，為量子科技的實際應用鋪平了道路。)


這項研究的成果發表在 APL Quantum 期刊上，結果顯示，新的系統在室溫下能夠收集高達 80% 的光子。相較於過去的研究，這是一個巨大的進步。要知道，過去只有一小部分的光子能夠被利用。這項突破性的進展意味著，我們離實用的量子元件更近了一步。在室溫下實現如此高的光子收集效率，也使得這項技術更容易整合到現實世界的系統中。


(量子科技的未來：安全通訊與超敏感感測): (更高效的光子收集為量子通訊和超敏感感測器等技術開闢了道路，鑽石中的量子魔力將改變我們的生活。)


這項研究不僅展示了巧妙的工程設計，也揭示了鑽石在珠寶之外的巨大潛力。隨著量子科技競相走向實際應用，這項進展有望為更快、更可靠的量子網路鋪平道路。Rapaport 教授表示，更有效的光子收集為安全的量子通訊和超敏感感測器等技術開闢了道路。想像一下，未來我們可以利用量子網路進行絕對安全的資訊傳輸，或者利用超敏感感測器來檢測極其微小的變化，這些都將極大地改變我們的生活。


(奈米鑽石的下一步：尋找更多相關研究): (如對本主題有興趣，可利用 “nanodiamond photon emission”、”quantum sensors diamonds” 等關鍵字，在 ScienceDaily 或 APL Quantum 期刊中搜尋更多相關研究。)
對於有興趣深入了解的學者，可以利用 “nanodiamond photon emission”、”quantum sensors diamonds” 等關鍵字，在 ScienceDaily 或 APL Quantum 期刊中搜尋更多相關研究。透過這些資源，您可以更全面地了解鑽石在量子科技領域的最新進展，並探索其在未來的潛在應用。

Ref:

The Hebrew University of Jerusalem. (2025, October 8). Scientists unlock the
quantum magic hidden in diamonds. ScienceDaily. Retrieved October 8, 2025 from
www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251007081833.htm