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1. 扫描单自旋磁力仪及其在量子材料研究中的应用
该方向旨在将量子传感与扫描探针技术相结合，打造观测微观磁性物理的“量子显微镜”。利用金刚石纳米柱尖端的单个氮-空位（NV）色心作为量子传感器，通过光检测磁共振技术，实现对样品表面极微弱磁场的定量扫描成像。该技术具有纳米级空间分辨率及非侵入性特征，是研究二维范德华磁性材料、拓扑绝缘体边缘态以及高温超导体中旋涡动力学的重要手段。
2. 量子增强的天文成像
该方向致力于探索量子信息技术在天文观测中的交叉应用，突破经典光学的瑞利判据限制，实现对系外行星或黑洞边缘的高保真成像。重点研究基于量子存储器和量子纠缠分发的量子长基线干涉仪。通过在不同天文观测站间共享量子相干性，消除经典光纤传输损耗对基线长度的限制。结合量子算法与纠错理论，研究如何将微弱的天文光子态编码至量子比特阵列，利用量子相干叠加特性对成像噪声进行抑制。