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鑽石不僅僅是漂亮的寶石，對物理學家而言，鑽石中的瑕疵更具吸引力。

NV色心（nitrogen-vacancy centres）是一種在金剛石（鑽石的原石）晶體結構中最常見的點缺陷，是當前最具代表性的量子體系。NV色心是原子級別的固態設備，擁有光學可調的自旋自由度，在固態量子處理器中發揮量子比特和量子探測器等核心功能，是重要的量子材料。

現今的量子體系，例如超導量子干涉儀，只能在極低溫環境下進行操作（−150°C/ −238°F至絕對零度−273°C/  −460°F)。由於NV色心在室溫下也具有強力的量子態，這對於實現室溫量子器件尤其重要。

要實現相關應用，對量子技術的一個核心要求是要能在集成電路上精準地放置細至單個的NV色心。而相關的技術突破，勢將帶動量子電腦、量子通訊和量子生物感知等重要新興領域的發展。

目前的主要技術阻礙，在於定位精度粗糙、通量低和工藝複雜等問題。現行有好幾種方案，用於將具有NV色心的納米金剛石顆粒定位在各種基板和電路上，當中包括複雜的“拾取和放置”納米操作方法，但效果並不理想。

香港大學（港大）工程學院機械工程系Ji Tae Kim博士和電機電子工程系褚智勤博士領導的研究團隊，開發了一種納米級精度的列印方法，以量子水準列印出金剛石納米顆粒中的NV色心。

研究成果已在學術期刊Advanced Science發表，論文題為“On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level”，新技術獲挑選為期刊底面的當期精選故事。這項發明已申請美國專利。

“鑽石是最堅硬的材料，因此很難加工”
新方法足以應對此難題，研究團隊通過對含有納米金剛石的亞公升液滴（< 10^-18 升）進行電控的分發，直接將NV色心放置在通用的基底上。

「當前十分需要一種通用並且靈活的用於實現納米級精度、並兼具優良可擴展性、可控成本以及與廣泛的納米光子電路可相容的金剛石顆粒定位方法。我們研發的新技術，能體現出亞波長的定位精度、單缺陷級的數量控制水準和自由圖案化的能力，滿足相關的技術要求。這種新穎的方法將為製造量子訊息處理器、量子計算器和生物傳感器等量子器件，開拓出一條實用且具經濟效益的出路。」褚智勤博士說。

“On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level” 論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202103598

期刊底面精選故事：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202270032

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