阿帕拉吉塔·辛哈（Aparajita Singha）是磁强计领域的杰出科学家，专注于磁场的高精度测量。凭借这一专长，她能够探测量子材料中极其微弱的磁信号。为实现这一目标，她需要使用一种特殊的人造钻石——这种钻石具有原子尺度的缺陷，即氮空位中心（NV中心）。这类缺陷如今已被全球量子科技产业广泛利用。辛哈的研究工作，正为未来量子技术的突破奠定重要基础。目前，她已在德累斯顿工业大学担任维尔茨堡-德累斯顿卓越集群“ctd.qmat——量子物质中的复杂性与拓扑动力学”所设立的“纳米尺度量子材料”教授职位。
测量世界上最小的磁体
在原子尺度上，电子自旋如同微小的基本磁体，其向上或向下的取向可代表信息。传统半导体信息技术仅依赖于“0”和“1”两种状态，而基于量子比特的新技术则展现出量子优势：每个自旋可处于叠加态，即同时代表“0”和“1”，从而使信息处理能力呈指数级提升。目前，全球科研界与产业界正致力于开发这种量子潜能，该领域仍处于快速发展阶段。
作为磁强计专家，辛哈致力于测量单个原子的磁矩。她解释道：“要读取自旋中蕴含的信息，首先必须对其实现精确测量。我对量子传感器的热爱，始于一个根本的追问：我是否真的能测量世界上最小的磁体？”五年前，辛哈从韩国移居至德国斯图加特，开始探索这一问题。如今，她在ctd.qmat卓越集群担任教职，并展望未来：“在接下来的五年里，我希望与团队一起实现室温下对世界最小磁体的测量——这至今尚未有人做到。”
钻石：不可或缺的量子传感器
辛哈量子测量技术的核心是一种特殊钻石，它被用作高灵敏度量子传感器。“天然的钻石并非完美无瑕，其晶格中的缺陷往往使其光彩更加夺目。我们正是利用这些缺陷作为研究工具。”在实验中，她会在合成钻石中精确引入两种缺陷：首先从晶格中移除两个碳原子，随后以一个氮原子填补其中一个空位，另一个则保持空缺。这两个相邻的空位共同形成氮空位中心（NV中心），可作为探测磁场的传感器。“通过分析钻石传感器发出的荧光特征，我们就能推断所研究量子材料的磁矩强度。”辛哈说明道。
圣杯目标：室温下的单自旋测量
目前，辛哈的实验仍需在极低温度下才能测量单个磁矩。但她计划在未来几年突破这一限制，实现室温环境下的高精度探测。为此，她需要进一步优化技术，包括改进钻石传感器表面处理以及整个材料体系。她形容这一挑战：“实验环境必须如同太空般极度纯净——只有借助超高真空技术，才能达到所需的精度水平。”
通常，量子材料研究依赖极端实验条件，如超低温、高压或强磁场。而辛哈所发展的技术，是少数有望在室温下工作的方案之一：“目前我们已在摄氏零下269.15度（4K）的低温下实现单原子磁矩测量，在室温下则可检测约100个原子的整体信号。我们的目标是推进至单自旋检测精度，之后将继续研发新一代钻石传感器。”
NV中心：全球量子技术的重要趋势
单自旋测量对基础科学和技术应用均具有重要意义。如今，基于NV中心的超灵敏传感技术已在全球范围内获得应用。“利用NV中心已成为一种全球趋势，萨克森州也在这一领域展现出活跃态势——几乎所有本地量子初创企业，包括新成立的萨克森量子网络SAX-QT，都在使用钻石缺陷技术。我们非常荣幸能为这一教职聘请到该领域的顶尖专家。这不仅深化了我们与维尔茨堡的合作，也为本地量子产业注入了新的活力。”ctd.qmat卓越集群德累斯顿发言人马蒂亚斯·沃伊塔（Matthias Vojta）评价道。
德累斯顿迎来新的量子科技教职
阿帕拉吉塔·辛哈在印度加尔各答与孟买学习物理学，随后于瑞士取得博士学位，并在瑞士与韩国从事博士后研究。2020年，她加入斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所，开始专注于NV中心在量子传感中的应用。自2022年起，她领导一个埃米·诺特（Emmy Noether）研究小组，致力于量子传感器开发。2025年1月1日，辛哈正式出任ctd.qmat卓越集群在德累斯顿的量子材料学教授。通过这一职位，她进一步强化了德累斯顿与维尔茨堡大学在量子科技领域的合作纽带。目前，她的团队包括两名博士后、六名博士生和一名技术人员，他们正携手朝着共同目标迈进：利用钻石量子传感器，在室温下探测世界上最小的磁体。
关于 ctd.qmat
维尔茨堡大学与德累斯顿工业大学共同组建的卓越集群“ctd.qmat——量子物质中的复杂性与拓扑动力学”，致力于研究与开发具有定制特性的新型量子材料。来自30多个国家的约300名科学家，融合物理学、化学与材料科学，共同设计未来技术的基石。2026年，该集群已进入德国联邦与各州卓越战略的第二阶段资助周期，并将研究重点拓展至量子过程的动力学行为。
