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       中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室與中國科學院深海科學與工程研究所、浙江大學聯合攻關，研制了一種基于單金剛石敏感單元實現全方向矢量測量的新型深海量子磁力儀，并在深海環境中成功展開實驗驗證。

       該設備搭載于“深海勇士”號載人潛水器，在我國南海海馬冷泉海域深潛至1400米深度，首次成功開展了一系列基于深海磁場測量的應用實驗。這一工作標志著固態自旋量子精密測量技術完成了向海洋工程應用邁進的里程碑進展，為其在海洋傳感領域的未來應用奠定了基礎。

       01、金剛石量子矢量磁力儀：為何脫穎而出？

       金剛石量子矢量磁力儀的核心優勢在于其精準的矢量測量能力和對極端環境的適應性。它基于金剛石晶體中的氮空位（NV）中心，這是一種特殊的點缺陷結構，具有獨特的量子特性。在磁場檢測方面，NV中心能夠通過熒光信號變化精確感知磁場強度和方向，即便在高溫、高壓、強電磁干擾等極端條件下，也能保持穩定的性能，這使得它在深海應用中展現出巨大的優勢。

       02、深海實驗：從理論到實踐的關鍵一步

       該團隊將這一量子磁力儀安裝在 “深海勇士” 號載人潛水器上，進行了深度約為 1300米的南中國海海底實驗。在實驗過程中，磁力儀成功實現了對地球磁場的動態矢量測量。它在潛水器的航行過程中，實時監測磁場變化，并將相關數據傳輸回控制中心。這些數據不僅與國際地磁場參考模型（IGRF）高度一致，還成功記錄了潛水器在復雜地磁環境下進行 1080 度旋轉時的磁場變化，充分展示了其全矢量測量能力和高動態范圍。

       03、應用成果展示：解鎖深海導航新可能

       3.1 實時磁場監測與電磁干擾檢測

       在深海環境中，電磁干擾是一個不容忽視的問題。該磁力儀在潛水器推進系統開啟和關閉時，分別測得 11.4 nT/√Hz 和 2.0 nT/√Hz 的磁場噪聲水平，為深海設備的電磁兼容性研究提供了關鍵數據。

       3.2 磁力羅盤功能驗證

       在潛水器以最小轉彎半徑進行 1080 度旋轉實驗時，磁力儀與潛水器自帶磁力羅盤的航向角測量結果對比顯示，兩者誤差始終保持在 5 度以內。這表明磁力儀具備穩定的動態磁場測量能力，可作為高精度磁力羅盤用于深海導航。

       3.3 融合導航實驗

       通過將磁力儀與慣性測量單元（IMU）和超短基線（USBL）定位系統相結合，研究團隊構建了一套融合導航系統。實驗中，磁力儀為系統提供了高精度的地磁姿態信息，使導航結果的準確性顯著提升。盡管由于IMU 系統的傳感器漂移等因素，目前短時間離線導航的實時定位精度約為 20 米，但這一實驗為未來深海長時間離線導航提供了新的思路和技術基礎。

       04、未來展望：開啟深海探測新篇章

       4.1 性能提升與小型化發展

目前，研究團隊計劃進一步提升磁力儀的靈敏度，降低噪聲水平，同時朝著芯片級小型化方向發展。這將大幅提高磁力儀的便攜性和可集成性，使其能夠更廣泛地應用于各種水下平臺，如小型水下機器人、潛標等，為深海探測提供更靈活、高效的磁力測量工具。

       4.2 極端環境適應性優化

       針對深海探測中面臨的極端高壓等環境挑戰，團隊正在探索采用抗壓軟材料封裝技術來保護輔助電子設備，從而充分發揮金剛石探針的極端環境適應性，實現磁力儀在深海的原位長期穩定探測。

       4.3 多參數測量拓展

       金剛石量子磁力儀不僅可以測量磁場，還具備同時測量溫度、壓力等多種物理量的潛力。未來，研究人員將深入挖掘這一特性，將其拓展至海底地質環境監測、海洋物理場探測等領域，為全面理解深海環境提供更豐富的信息。

       05、結語

       金剛石量子矢量磁力儀的成功應用，標志著量子技術在深海探測領域的重大突破，其精準測量能力為深海科學研究和資源開發帶來了全新的視角和手段。隨著技術的不斷進步和優化，這一磁力儀必將在深海探索中發揮越來越重要的作用，助力我們揭開更多深海奧秘，開啟深海探測的新篇章。讓我們共同期待這一領域更多的創新成果，為人類探索海洋貢獻智慧和力量。