這些完美無缺的鑽石，專為量子物理而生

在2000年中期那會，鑽石是物理學中最熱門的新事物。研究人員在研究中將它們切割成直徑為毫米單位的平直方格，類似於薄薄的玻璃碎片，然後用激光照射它們。

從烏拉爾山開採的小鑽石在科學上最為珍貴，華盛頓大學的物理學家Kai-Mei Fu說：「我們稱其為『神奇的俄羅斯樣本』。」 這類鑽石非常純凈，但少許的雜質賦予了它們奇特的量子特徵。

Kai-Mei Fu說：「我們在研究中切割鑽石以研究它們的特殊性質，但當時物理學家只有少數符合要求的鑽石可供使用，所以能進行的實驗次數有限 。」

而如今這已不成問題。現在， Kai-Mei Fu 可以上網購買價值500美元的量子級鑽石來做實驗，這些鑽石由 De Beers 旗下的 Element Six 公司生產。

Element Six曾長期生產用於鑽孔和機械加工的人造鑽石，並於 2007 年在歐盟資助下開始製造符合物理實驗需求的鑽石，而到了今天，該公司合成量子鑽石的種類豐富，許多領域都在探索其可能的應用。

因此將受益的一個重要領域是量子計算。量子計算機的理論屬性非常不穩定，但通過用激光操縱其雜質來對信息進行編碼，鑽石的晶體結構可以保護並保留不穩定的量子信息。目前，物理學家正在努力使相鄰雜質以受控方式相互作用，以執行演算法。

Element Six在接近5,000華氏度的生產爐中生長這些鑽石。從種子鑽石開始，工程師將氣體（如甲烷等含碳物質）與氫氣和氮氣一起泵入爐內。當氣體分子變熱時，分子會分離成單個原子，而其中的一些則會落在種子鑽石上。氫能保持碳層在右晶體結構中生長，Element Six的科學家Matthew Markham對此補充道：「比起鑽石，碳更容易變成石墨。」

哈佛大學的物理畢業生Jenny Schloss使用激光對Element Six鑽石進行編程，用以測量附近磁場受到干擾的情況，而這需要結構更為複雜的鑽石。

雖然Element Six出售的鑽石有氮雜質，但Schloss的小組需要的是鑽石結構上的一個洞，名為氮空缺（nitrogen vacancy）。Schloss的小組會把鑽石送到一家叫做Prism Gem的新澤西小公司，這家公司用高能電子束敲打碳原子來製造彩色鑽石，但物理學家會要求用相同的過程製造符合實驗需求的鑽石。

隨著量子鑽石供應鏈的到位，物理學家們研究的選擇也變得廣泛起來。但將鑽石雜質轉化為可計算的連接鑽頭是一個緩慢的過程。 Kai-Mei Fu說： 「目前只有兩顆鑽石的量子位曾經被連接過，如果沒有更多的進展，誰也不能說這是一個確定的事情。」

通過更詳細地了解鑽石，研究人員無意中還想出了另一種可能的用途。在哈佛大學的研究中，科學家使用激光照射鑽石，含氮空位的鑽石如果靠近磁體就會發出不同的光量。這類鑽石由此可被用作一種磁性感測器，它雖然不像電流感測器那樣笨重，但需要被冷卻到接近絕對零度的溫度。

2010年初，Lukin 和 Walsworth 的研究小組開始使用這些鑽石研究神經細胞，神經細胞在受到刺激時會發出磁場。畢業生馬修·特納在那裡他從鮮魷魚身上切下細長的白色神經元，將它們放在冰上，然後拿回實驗室測量電刺激下神經發出的磁場。

該團隊後來轉而研究海洋蠕蟲中的神經元，並在一年前發表了一篇關於應用鑽石敏感性研究神經元的論文。目前，他們正在人類心臟細胞發出的磁場研究中應用鑽石。

團隊還與Element Six直接合作，由Element Six提供所有研究用的鑽石。Element Six是目前量子級鑽石的主要供應商，Kai-Mei Fu 說：「現在，它幾乎是處於壟斷地位。」 Schloss和Turner的實驗室曾在eBay上購買過質量較差的鑽石用於初步實驗，但效果不佳。

物理學家在進行研究的同時，也在推動著高精鑽石行業的發展。哈佛大學實驗室已經分拆了一家小公司Quantum Diamond Technologies，開發用於醫療診斷的鑽石成像設備。

他們希望鑽石最終可以被用在對人腦內的成像，神經元成像的研究中。Turner 說：「我不認為自己是最好的神經科學家，但新的技術或許會為我們對大腦帶來更深層的了解。」