在量子傳感中，熱化就像一個信息“黑洞”——你測量到的信號會像滴入水中的墨滴一樣，隨時間擴散、模糊，最終徹底丟失。這是當前量子精密測量邁向?qū)嵱没媾R的一大核心限制。日前，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明院士團隊首次在大規(guī)模固態(tài)自旋體系中成功觀測到多體動力學(xué)凍結(jié)現(xiàn)象，成功抑制了熱化效應(yīng)。

　　熱化在周期性驅(qū)動的量子系統(tǒng)中尤為突出。此前理論界雖預(yù)言動力學(xué)凍結(jié)可抑制熱化，但受實驗系統(tǒng)復(fù)雜度影響，該現(xiàn)象始終難以在真實體系中落地觀測。

　　此次研究團隊利用金剛石中約10000個有相互作用的氮—空穴色心電子自旋作為實驗系統(tǒng)，借助激光與微波場，使相互作用自旋系綜在特定驅(qū)動參數(shù)下進入一種特殊的非平衡動力學(xué)狀態(tài)。在該狀態(tài)中，系統(tǒng)并不會快速熱化，而是表現(xiàn)出“被凍結(jié)”的動力學(xué)行為。實驗發(fā)現(xiàn)，滿足特定參數(shù)條件時，系統(tǒng)總自旋磁化量可穩(wěn)定持續(xù)約200個驅(qū)動周期；而當驅(qū)動參數(shù)偏離凍結(jié)條件時，系統(tǒng)則迅速表現(xiàn)出熱化行為，這明確了涌現(xiàn)守恒量是抑制熱化的核心機制。

　　該成果不僅首次在大規(guī)模固態(tài)自旋體系中成功觀測到多體動力學(xué)凍結(jié)現(xiàn)象，揭示了一種基于涌現(xiàn)守恒量的新型熱化抑制機制，更為發(fā)展基于多體動力學(xué)的量子傳感技術(shù)開辟了全新方向。

　　研究團隊還將該機制應(yīng)用于磁場測量，對比傳統(tǒng)技術(shù)方案，新方法實現(xiàn)磁場靈敏度提升約2.7倍，突破了性能局限，大幅強化微弱磁信號探測能力。該方案僅需全局調(diào)控，操作簡便、落地性強。

　　研究團隊成員介紹，未來，研究團隊計劃深入發(fā)展和優(yōu)化基于該機制的量子傳感性能，在提升靈敏度的同時，將這一新型傳感方案應(yīng)用于凝聚態(tài)物理、化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等前沿交叉領(lǐng)域，具體應(yīng)用場景包括超導(dǎo)材料、鐵磁材料的磁性測量，活體細胞內(nèi)的溫度、磁場之類的物理性質(zhì)測量等。