北京 6 月 11 日电 近日，清华大学交叉信息研究院段路明院士团队在量子传感领域取得里程碑式进展，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，破解了困扰量子精密测量领域多年的热化核心难题，相关研究成果已于 5 月 28 日在线发表于国际顶级期刊《自然》，为量子传感技术实用化扫清关键障碍。
量子传感凭借量子效应可实现超高精度测量，在磁场探测、医学成像、地质勘探等领域极具应用潜力。而热化效应是其发展的核心瓶颈 —— 量子多体系统中粒子相互作用会导致有序特征丧失，测量信号像墨滴入水般扩散模糊、最终丢失，周期性驱动系统中这一问题尤为突出，直接限制传感器灵敏度与有效工作时长。此前理论界虽预言 “动力学冻结” 可抑制热化，但因实验系统复杂度极高，该现象始终未能在真实体系中观测验证。
此次研究团队创新搭建实验平台，以金刚石中约 10000 个相互作用的氮 — 空穴色心电子自旋为核心体系，通过精准调控激光与微波场，让自旋系综在特定驱动参数下进入特殊非平衡动力学状态。实验结果显示，满足冻结条件时，系统总自旋磁化量可稳定维持约 200 个驱动周期，相干时长较传统方案提升一个数量级；而参数偏离时系统则迅速热化，清晰证实涌现守恒量是抑制热化的核心机制。
团队进一步将该机制应用于磁场测量，对比传统技术，新方案磁场灵敏度提升约 2 倍，微弱磁信号探测能力显著增强。金刚石材质坚硬、化学性质稳定，该系统可适配高温、高压及生物样品内等极端测量场景，为凝聚态物理、生物医学等领域提供了兼具高空间分辨率与高灵敏度的量子传感新路径。
段路明院士表示，此次突破不仅首次观测到大规模固态自旋体系的多体动力学冻结现象，揭示了新型热化抑制机制，更开辟了基于多体动力学的量子传感发展新方向。该成果既深化了人类对量子热化这一基础科学问题的认知，也为新一代高灵敏度量子传感器研发奠定了坚实基础，推动量子精密测量技术从实验室走向实际应用。
