2026年3月量子传感技术领域重要突破，碳化硅材料脱颖而出

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一群来自天津的科研人员，为量子传感器加上了防护装置，成功打破了生物医学应用方面存在的限制。

天津理工大学与中外科研团队联合，成功给量子传感器穿上一层特殊的有机防护衣，解决了它在活体生物环境中难以稳定工作的核心痛点，这项研究为量子探测技术从物理实验室迈向临床医学应用铺平了关键道路，相关成果近日发表于国际顶级期刊《自然·材料》。

量子听诊器困于生物体内强干扰

之所以科学界将量子传感器誉为能探测微弱信号的“纳米尺度听诊器”，是因为其具备超高的磁场灵敏度，其中，基于金刚石氮—空位色心的传感器是目前应用最为广泛的类型，这种传感器尽管能够在室温环境下工作，可它必须依靠532纳米波长的绿光来进行激发。

然而，这一激发波段恰恰正是生物组织的“雷区”。水以及有机分子会强烈吸收绿光，与此同时引发组织自身产生荧光以及局部发热，这些强烈的背景干扰会将待测的微弱信号完全淹没，就好像在嘈杂的集市里听不清耳边低语似的，极大地限制了其在活体细胞或者生物体内的直接应用。

另辟蹊径瞄准半导体材料碳化硅

对于金刚石材料天然存在的局限，研究团队把目光转向了半导体产业内里已然十分成熟的碳化硅材料。和金刚石不一样，碳化硅自身拥有优良的物化性质，然而其表面状态同样会对量子比特的稳定运行产生干扰，致使信号出现衰减以及闪烁。

成为释放其量子传感潜力的关键，是如何去驯服碳化硅的表面。天津理工大学集成电路科学与工程学院的青年教师李培与合作者们察觉到，要为后续的生物医学应用清除阻碍，就得从材料表面的微观界面着手，展开精确无误的化学调控，这一点他们是清楚明白的。

创新分子“保护衣”让传感器更稳定

研究团队创新性地研发出一种针对低温烯烃分子的化学修饰办法，他们于碳化硅表面成功搭建起一层致密的有机碳链保护层面，这具如同量身定制般的“保护衣物”发挥着极其关键重要的作用。

实验数据表明，这件“保护衣”具备有效抑制碳化硅表面陷阱态对色心量子比特干扰的能力，与此同时，其维持了材料内部电学结构处于稳定状态 ，这不但显著改善了困扰量子传感的退相干以及荧光闪烁问题，而且还促使传感器的整体性能变得愈发稳定可靠，进而为在复杂环境下开展工作奠定了基础。

平台实现近红外窗口生物惰性探测

团队凭借上述表面分子工程技术，成功搭建出1个生物惰性量子传感平台，此平台能在室温下稳定运行，该平台的激发波段，完美落在近红外区域，此区域被誉为“生物光学窗口”，而且该平台的发射波段，同样完美落在近红外区域，此区域亦被誉为“生物光学窗口”。

近红外光于生物组织里具备低吸收，的特性优越之处，此致使该平台格外适宜于复杂的生物体液、还对局部的电子自旋噪声变化始终维持着高度灵敏的响应的能力，细胞或者组织这样的生物环境中做出非侵入式的磁场信号探测，并且拥有低散射，以及还要具备低背景荧光。

量子技术打通通往生物医学关键通道

这项研究成果，不但提高了量子传感器自身所具备的灵敏度以及稳定性，更为关键的是，它在原理层面证实了量子技术通向生物医学应用领域的关键路径是具备可行性的，它成功化解了量子传感器于真实生物环境里出现的“水土不服”这一难题。

历经进一步的优化之后，该项技术有着有望应用于量子核磁共振探测的可能，还有望应用于单分子磁共振成像的情况，并且有望应用于自由基检测等前沿领域。就在未来的时候，科学家或者能够凭借这种新型的传感器，把对细胞层面病变的情况实现实时监测达成，又或者能够在体内对于药物作用的具体路径进行精准追踪。

界面工程为量子器件设计提供新思路

项目负责人李培宣称，把分子层级的界面工程导入量子传感器的设计范畴，乃是促使该领域进步的关键导向环节。此项研究证实，借由精细巧妙的化学修饰手段，能够有效地显著提高室温状态下量子器件的运转稳定性能。

这个方法，不但给室温之际的生物量子传感搭建起了一条切实可行的技术途径在，而且更关键比较重要的是，它还为整个宽禁带半导体量子器件的那种界面设计以及性能优化给予了全新的设计想法以及解决办法，有希望启发后续更多相关的研究。

该研究给量子传感器披上了朝着生物医学应用前行的“防护衣”。往后，你最为期望目睹这项技术于哪个医疗范畴率先达成突破呢？欢迎在评论区讲述你的看法，并点赞共享此篇文章，以使更多人知悉量子科技的最新进展情况。