掃描探針顯微鏡主要包括掃描隧道顯微鏡（1986年諾貝爾物理獎）和原子力顯微鏡（2016年卡夫里獎），其利用尖銳的針尖逐點掃描樣品，可在原子和分子尺度上獲取表面的形貌和豐富的物性，改變了人類對物質的研究范式和基礎認知。近年來，qPlus型高品質因子傳感器的出現將掃描探針顯微鏡的分辨率和靈敏度推向了一個新的水平，為新奇量子態的精密探測和操控提供了前所未有的機會。經過多年努力，我們自主研發出一套基于高階靜電力的qPlus型掃描探針顯微術，在原子尺度上實現了氫原子核量子效應的定量表征，揭示了核量子化對水的氫鍵結構和動力學的決定性影響，澄清了水和冰的若干反常物性的根源。最近，我們進一步通過調控核量子效應，顯著增強了氫核的量子離域和量子關聯，在常壓下實現了二維冰的氫鍵對稱化和金屬化，得到了一種由核量子效應催生和穩定的全新物態。此外，我們還嘗試將qPlus掃描探針技術拓展到固態量子比特體系（金剛石中的氮-空位色心），利用針尖的局域強電場精準操縱色心的電荷態和電子自旋環境，大幅提升了淺層色心的相干性和電/磁場探測靈敏度，有望突破量子傳感和量子計算領域的應用瓶頸。