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钻石，因为它的美丽而让人热爱。纯净的钻石晶莹美丽，闪着耀眼的光芒。

       钻石，当之无愧的宝石之王
       钻石在自然界里又是最坚硬的物质。由于它的坚硬，钻石在工业上一直都有应用，在切割和打磨必不可少金刚石和金刚砂，它们都是钻石的一种。

　　随着第二次量子革命的到来，人们又开始发现了钻石在现代科学技术上有着越来越多的应用。使钻石正成为第二次量子革命里的一颗璀璨的明珠。

　　大家都知道，钻石是由碳原子形成的晶体。当晶格上二个碳原子被一个氮原子（图中紫色球）和一个碳原子缺失（图中灰色球）所替代时 （碳原子缺失也称为空穴），就形成了一种有瑕疵的钻石。这种有瑕疵的钻石就是在量子技术里大名鼎鼎的量子钻石, 学名，NV色心（Nitrogen Vacancy Color Center）。

NV色心是两个碳原子被一个氮原子（紫色）和一个碳原子缺失（灰色）所替代

       量子钻石之所以有名，是因为它在量子计算，量子通讯，量子传感器都有着广泛的应用。同时也被用来测试量子力学里的量子纠缠（quantum entanglement）。

　　量子钻石最初的应用是在量子计算方面
　　NV色心的量子力学特性是在1997年被科学家发现的。NV色心具有明确的自旋特性。这使它表现地像一个原子。

NV色心有着明确的自旋特性

　　NV色心具有明确的自旋特性，它的坚硬又提供了稳定的结构，再加上NV色心可以在室温下操作，这是NV空色心成为量子比特载体的最佳候选。

　　那时大家对量子计算机非常乐观。觉得量子计算机时代很快就会到来。人们相信建造数百个量子比特的量子计算机应该是5到10年的事情。但不幸的是二十多年过去了，人们投入大量的金钱和人力，人们距离原先设定的量子计算机的目标还差的很远。这是因为人们在使用NV色心做量子比特载体时遇到很多意想不到的挑战。

　　其中一个难以克服的挑战是NV色心自旋方向很不稳定。自旋方向对于周围的磁场高度敏感。常常会受到非常微小的外界磁场而影响。　　于是，科学家就从另一个角度考虑这个问题。既然自旋方向常常会被周围微小的磁场所影响，那么是不是可以利用这个特征，做出高敏感的磁强仪来呢？他们尝试了这条道路，结果获得了意外的成功。这也算是失之东隅，收之桑榆吧。

　　科学家利用量子钻石做高敏感磁强仪的成功，使科学家发现了很多实际的应用。下面笔者简单地介绍两个量子钻石在量子传感器领域里的两个具体的应用。

　　量子钻石显微镜（Quantum Diamond Microscope，QDM）
　　哈佛教授傅罗杰（Roger Fu）带领的团队利用NV空色心对磁场的高度敏感而研发的量子钻石显微镜。他们的显微镜可以达到1微米的分辨率。

哈佛团队研发出的量子钻石显微镜

　　罗杰教授的是杰出的地球物理学家。他利用这台钻石量子显微镜，分析了太阳系形成早期的地球磁场情况，得到了很多地球形成早期状态的成果。

　　单细胞医疗诊断（Single-cell medical diagnosis）
　　哈佛的另一教授带的另一个团队在单细胞的医疗诊断的研究。

　　由于癌细胞具有不同的磁特性，非常灵敏的磁探头可以把这些癌细胞一个一个的挑出来。

左边是量子钻石探头示意图，右边是被探测的细胞

　　而量子钻石就恰恰具有这种超高的磁灵敏度。上面的示意图显示了量子钻石探针如何探测到一个癌细胞。当血液流过后，就可以把所有癌细胞标志出来。这种量子钻石单细胞医疗诊断仪比传统方法做的仪器要敏感100倍，快10倍，仪器小100倍。而价钱只是十分之一。这位教授建立的公司QDTI已经开始做这种设备的量产。随着这种单细胞诊断的普及，人类战胜癌症的那一天会越来越近。