鉆石，因為它的美麗而讓人熱愛。純凈的鉆石晶瑩美麗，閃著耀眼的光芒。

       鉆石，當之無愧的寶石之王
       鉆石在自然界里又是最堅硬的物質。由于它的堅硬，鉆石在工業上一直都有應用，在切割和打磨必不可少金剛石和金剛砂，它們都是鉆石的一種。

　　隨著第二次量子革命的到來，人們又開始發現了鉆石在現代科學技術上有著越來越多的應用。使鉆石正成為第二次量子革命里的一顆璀璨的明珠。

　　大家都知道，鉆石是由碳原子形成的晶體。當晶格上二個碳原子被一個氮原子（圖中紫色球）和一個碳原子缺失（圖中灰色球）所替代時 （碳原子缺失也稱為空穴），就形成了一種有瑕疵的鉆石。這種有瑕疵的鉆石就是在量子技術里大名鼎鼎的量子鉆石, 學名，NV色心（Nitrogen Vacancy Color Center）。

NV色心是兩個碳原子被一個氮原子（紫色）和一個碳原子缺失（灰色）所替代

       量子鉆石之所以有名，是因為它在量子計算，量子通訊，量子傳感器都有著廣泛的應用。同時也被用來測試量子力學里的量子糾纏（quantum entanglement）。

　　量子鉆石最初的應用是在量子計算方面
　　NV色心的量子力學特性是在1997年被科學家發現的。NV色心具有明確的自旋特性。這使它表現地像一個原子。

NV色心有著明確的自旋特性

　　NV色心具有明確的自旋特性，它的堅硬又提供了穩定的結構，再加上NV色心可以在室溫下操作，這是NV空色心成為量子比特載體的最佳候選。

　　那時大家對量子計算機非常樂觀。覺得量子計算機時代很快就會到來。人們相信建造數百個量子比特的量子計算機應該是5到10年的事情。但不幸的是二十多年過去了，人們投入大量的金錢和人力，人們距離原先設定的量子計算機的目標還差的很遠。這是因為人們在使用NV色心做量子比特載體時遇到很多意想不到的挑戰。

　　其中一個難以克服的挑戰是NV色心自旋方向很不穩定。自旋方向對于周圍的磁場高度敏感。常常會受到非常微小的外界磁場而影響。　　于是，科學家就從另一個角度考慮這個問題。既然自旋方向常常會被周圍微小的磁場所影響，那么是不是可以利用這個特征，做出高敏感的磁強儀來呢？他們嘗試了這條道路，結果獲得了意外的成功。這也算是失之東隅，收之桑榆吧。

　　科學家利用量子鉆石做高敏感磁強儀的成功，使科學家發現了很多實際的應用。下面筆者簡單地介紹兩個量子鉆石在量子傳感器領域里的兩個具體的應用。

　　量子鉆石顯微鏡（Quantum Diamond Microscope，QDM）
　　哈佛教授傅羅杰（Roger Fu）帶領的團隊利用NV空色心對磁場的高度敏感而研發的量子鉆石顯微鏡。他們的顯微鏡可以達到1微米的分辨率。

哈佛團隊研發出的量子鉆石顯微鏡

　　羅杰教授的是杰出的地球物理學家。他利用這臺鉆石量子顯微鏡，分析了太陽系形成早期的地球磁場情況，得到了很多地球形成早期狀態的成果。

　　單細胞醫療診斷（Single-cell medical diagnosis）
　　哈佛的另一教授帶的另一個團隊在單細胞的醫療診斷的研究。

　　由于癌細胞具有不同的磁特性，非常靈敏的磁探頭可以把這些癌細胞一個一個的挑出來。

左邊是量子鉆石探頭示意圖，右邊是被探測的細胞

　　而量子鉆石就恰恰具有這種超高的磁靈敏度。上面的示意圖顯示了量子鉆石探針如何探測到一個癌細胞。當血液流過后，就可以把所有癌細胞標志出來。這種量子鉆石單細胞醫療診斷儀比傳統方法做的儀器要敏感100倍，快10倍，儀器小100倍。而價錢只是十分之一。這位教授建立的公司QDTI已經開始做這種設備的量產。隨著這種單細胞診斷的普及，人類戰勝癌癥的那一天會越來越近。