用钻石代替 GPS 来导航？

看似奇幻莫测的金刚石量子技术，正在一步步实用化！

许多应用，包括手机和汽车传感器，都广泛使用磁力测量技术。传感器通常很大、很贵，而且需要低温冷却，这对可用性有不利影响。为了获得最高的灵敏度，金刚石驱动设备成为一种紧凑、便携的选择。

近日，Element Six与其合作者SBQuantum 、英国华威大学分别发布了基于量子金刚石的应用拓展方面的合作进展。

   用钻石代替 GPS 来导航

如果能用钻石代替 GPS 来导航，那会怎样？

一家名为 SBQuantum（SBQ）的初创公司正和Element Six合作联合研发一种基于金刚石基量子磁力计的导航技术，试图在没有全球定位系统的地方彻底改变导航系统。

据了解，Element Six 和 SBQ 一直保持合作，最早是在 2018 年英国年度量子展示活动上见面的。Element Six 为 SBQ 提供了制造基于金刚石的量子磁力仪原型所需的首批金刚石样品。目前该企业创建并销售金刚石基量子磁力计，用于工业和学术用途，特别是用于自动驾驶车辆。

目前的 GPS 系统通过连接卫星来运行。一般GPS 系统会配备非常精确的磁力仪，它依靠特定位置的地球磁场的方向、强度或相对变化来提供最精确的位置、高度和航向信息。然而，摩天大楼等巨型金属结构可能会增加干扰。同时，由于北极等极地地区具有独特的磁场线轮廓，因此无法独立发射这些系统，这经常导致无价设备的丢失或损坏。另外，许多情况下，例如地下或水下，GPS 都无法使用。

为了更精确地定位，金刚石磁力计被用于导航系统研发，这将提高方向和方向信息的准确性，并实现极端条件下的导航。

总所周知，在量子力学应用中，金刚石是一种关键的超材料。氮空位(NV) 是金刚石中的一种特殊缺陷，具有可控的量子特性，使其在室温下表现得像孤原子。这些类似原子的钻石缺陷的量子特征可以在室温下控制，从而无需昂贵而笨重的低温冷却设备。

由于NV缺陷的量子特性对磁场非常敏感，因此金刚石中的NV是高灵敏度磁力仪的理想材料，金刚石可用于评估磁场的方向，并提供更高的灵敏度。

由于这些特性的结合，金刚石成为支持 GPS 导航的极精确传感器的绝佳选择。

金刚石量子磁力仪，它使用具有量子特性的金刚石来测量地球磁场中微小、几乎察觉不到的异常的方向和强度。将它与磁场地图结合起来，你就可以精确定位你在地球上的位置，理论上可以精确到 50 米左右。

与目前市面上的商用设备相比，金刚石量子磁力仪具有多项优势，包括室温操作、大带宽、高灵敏度和矢量能力。这些优势使其适用于许多应用，包括无人机、地下采矿车和自主水下航行器。

目前，SBQ 公司正在创建的整个服务解决方案将传感器与客户端特定的仪表板相结合，可用于导航和异常检测。

   CVD金刚石推进医学诊断

金刚石的卓越特性，使创建先进的量子医疗解决方案成为可能；使早期心脏病诊断成为可能；也非常适合磁心动图 (MCG) 等医疗诊断程序……

英国华威大学的一组研究人员利用与Element Six NV金刚石材料，开发出世界上最灵敏的光纤耦合钻石磁力仪。该设备测量物体或材料的磁场，并利用金刚石氮空位 (NV) 中心的量子技术对其进行分析。

据了解，元素六与华威大学携手合作已十年，在这一过程中逐步提高金刚石量子技术的准确性和灵敏度。

其中，一项研究项目，经过五年，磁力仪的灵敏度提高了 1000 万倍，从毫特斯拉阈值提高到了纳特斯拉阈值（如下图所示），这使得该技术适用于心脏病的初步诊断和钢筋腐蚀的识别等用途。

目前，该团队研发的工具可以检测钢铁腐蚀情况，相信可能很快就能测量心跳脉搏。下一个任务是将这种创新方法转化为可销售的现实。

华威大学副教授 Gavin Morley 博士表示，未来希望缩小产品尺寸，使其更便于携带，体积小到可以装进背包。

英国量子计划也已投入大量研究资金来提高该产品的性能，这对该项目的成功也至关重要。同时，参与这项研究的华威大学团队成员获得了网络量子信息技术中心 (NQIT)、皇家学会和钻石科学与技术博士培训中心 (CDT) 的资助，该中心由 Element Six 提供支持。

针对下一步计划，华威大学的研究团队还在考虑脑磁图 (MEG)，这是一种检测大脑信号的技术，未来可能会成为一种潜在的应用。尽管金刚石脑磁图更难实现，因为大脑的磁场比心脏的磁场要小，但它未来可能会被用来诊断精神分裂症和早期阿尔茨海默病等疾病。