深瞳工作室出品

科技日報記者 洪敬譜 王禹涵 策劃 趙英淑 滕繼濮

6月9日，安徽省科技廳揭曉2024年度安徽省十大標桿示范場景，合肥候店量子應用示范變電站入選。

這是世界首座220千伏量子應用示范變電站，部署了全球首臺基于量子精密測量（以下簡稱“量子測量”）技術(shù)的電流互感器。該互感器體積僅為傳統(tǒng)設備十分之一，測量精度卻能實現(xiàn)量級躍升，很好詮釋了量子科技“小身材、大能量”的優(yōu)勢。

量子測量打破了經(jīng)典測量的精度桎梏，拓展了物理信息感知維度，與量子通信、量子計算共同構(gòu)筑起量子信息技術(shù)的三大支柱。

近年來，我國在量子測量領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，在原子鐘技術(shù)、量子重力儀、量子磁力計、金剛石NV色心技術(shù)、里德堡原子技術(shù)等核心器件研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面取得了突破性進展，成為國際量子科技競爭版圖中的關(guān)鍵力量。

我國量子測量技術(shù)目前處于什么階段，已應用于哪些場景，如何在全球競速賽道上實現(xiàn)突破？帶著這些問題，近日科技日報記者深入行業(yè)一線，展開了采訪。

“后進生”的追趕超越

“這款傳感器采用金剛石氮—空位色心量子傳感技術(shù)，是目前人類能制造的最小的傳感器之一，具有納米級空間分辨率，可應用于芯片無損檢測等領(lǐng)域?！?月18日，在第四屆量子科儀節(jié)上，國儀量子技術(shù)（合肥）股份有限公司（以下簡稱“國儀量子”）技術(shù)負責人許克標展示了一款鉆石單自旋傳感器，它以顛覆性尺度拓展了量子傳感技術(shù)的應用邊界。

“量子傳感技術(shù)發(fā)展歷史悠久，目前相關(guān)技術(shù)已成熟，部分技術(shù)已開始應用?！痹S克標在接受記者采訪時表示，早在20世紀40年代，國外研制的原子鐘便開啟了量子測量的實用化進程。如今，全球定位系統(tǒng)（GPS）的納秒級授時、5G網(wǎng)絡的同步校準，都離不開原子鐘這一“時間量子傳感器”的關(guān)鍵支撐。

許克標介紹，從技術(shù)成熟度角度來看，目前，原子鐘、核磁共振、原子磁力儀、超導干涉磁力儀等量子測量設備的發(fā)展歷史更為悠久，技術(shù)成熟度也更高。而像原子干涉重力儀、NV 色心磁力計、里德堡原子電場測量等，則屬于量子測量設備領(lǐng)域的新興發(fā)展方向，展現(xiàn)出巨大的技術(shù)潛力和發(fā)展空間。

安徽省量子精密測量技術(shù)制造業(yè)創(chuàng)新中心主任、國儀量子董事長賀羽對記者說，早在20世紀60年代，我國就開始探索以原子鐘為主的時間頻率標準測定技術(shù)，并于1965年成功研制出我國第一臺原子鐘，為國防、航天、通信、計量等事業(yè)作出了重要貢獻。

盡管我國量子測量技術(shù)起步稍晚，算是“后進生”，但近年來已進入快速發(fā)展期，涌現(xiàn)出一批高水平科技成果。尤其是2015年，我國量子測量技術(shù)取得了重大突破：中國科學院院士、時任中國科學技術(shù)大學物理學院執(zhí)行院長杜江峰團隊使用金剛石量子測量方法，測得國際首張單蛋白質(zhì)分子的電子順磁共振譜。這項成果在《科學》雜志發(fā)表后，引起全球轟動。

2016年，國儀量子正式成立。該公司脫胎于中國科學技術(shù)大學科技成果轉(zhuǎn)化項目，是國內(nèi)首家以量子精密測量技術(shù)為核心的先進測量技術(shù)企業(yè)。此后，該公司陸續(xù)研制出國內(nèi)首臺商用脈沖式電子順磁共振譜儀、全球首款面向大眾的金剛石量子計算教學機、國內(nèi)首臺量子鉆石原子力顯微鏡等，并自主研發(fā)出量子鉆石單自旋譜儀、量子自旋磁力儀、微波場強儀等多款量子測量儀器裝備。

近年來，國內(nèi)從事量子測量技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化水平也隨之快速提升。

西安交通大學儀器科學與技術(shù)學院執(zhí)行院長、教授趙立波表示：“我國量子測量技術(shù)在時間、磁場、微波、轉(zhuǎn)動角速度、電流、重力測量等細分領(lǐng)域，已處于世界領(lǐng)先或者同等水平?！?/p>

叩開市場應用大門

伴隨著量子測量技術(shù)的不斷成熟，我國多樣的應用場景正成為量子測量技術(shù)落地的天然試驗場。

在特高壓電網(wǎng)領(lǐng)域，技術(shù)與場景的深度耦合催生出世界級創(chuàng)新成果。2025年1月，由南方電網(wǎng)牽頭，中國科學技術(shù)大學、中國電氣裝備西安西電高壓開關(guān)有限責任公司等單位聯(lián)合研制的全球首套±800千伏特高壓直流量子電流傳感器成功落地，標志著量子測量技術(shù)在電力系統(tǒng)實現(xiàn)應用。

“它就像給電網(wǎng)裝上了一雙‘透視眼’，既能看得遠，又能看得細?！敝袊姎庋b備西安西電高壓開關(guān)有限責任公司副總經(jīng)理李強這樣形容這項成果。

此外，量子測量技術(shù)也已應用于礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域?！傲孔犹降V技術(shù)的研究源于產(chǎn)業(yè)的巨大需求，涵蓋深?？碧?、深地勘探等多個領(lǐng)域?！敝幸蔽淇绷孔犹降V研究院院長李海峰非?？春迷摷夹g(shù)的應用前景。

李海峰說，在金屬礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域，傳統(tǒng)技術(shù)已接近瓶頸——500米以內(nèi)的礦產(chǎn)資源幾乎已經(jīng)探明，隨著勘探深度的加深，深部金屬礦產(chǎn)資源面臨“探不著、測不準、效率低、成本高”等問題。傳統(tǒng)技術(shù)難以滿足深部資源勘探需求。向深部進軍是礦產(chǎn)勘探的必然趨勢，而量子探礦技術(shù)被認為是具有顛覆性的解決方案。

“2024年以來，我們利用量子重力儀、量子磁力儀和量子重力梯度儀等設備，開始深部礦產(chǎn)高精度探測，已在多個礦山開展測試驗證?！崩詈７迮e例說，在中國五礦旗下的一座超大深度、超大規(guī)模礦山，利用量子重力儀和量子磁力儀進行了測試，反演結(jié)果與實際勘探數(shù)據(jù)高度吻合，量子探礦技術(shù)體現(xiàn)了巨大的應用潛力。

作為我國能源運輸“主動脈”，管道網(wǎng)絡承擔著將95%以上油氣資源輸送至千家萬戶的重任。目前，國內(nèi)外主要通過管道內(nèi)檢測機器人集成霍爾、渦流、超聲等傳感器，對管道進行全面掃描，但微小裂紋和應力精準感知是技術(shù)難點，傳統(tǒng)檢測方法已接近技術(shù)天花板。

“量子測量技術(shù)在靈敏度和分辨率上具有顯著優(yōu)勢，為油氣管道檢測提供了新方向?！眹沂吞烊粴夤芫W(wǎng)集團有限公司科學技術(shù)研究總院分公司高級工程師李睿說。

從特高壓電網(wǎng)到油氣管道，量子測量技術(shù)正重塑工業(yè)安全監(jiān)測范式。

“我國量子測量技術(shù)在2024年以前主要處于研發(fā)階段，真正叩開市場大門就在近兩年?！辟R羽說，從國儀量子聯(lián)合政府部門舉辦的四屆量子科儀節(jié)主題的變化，就可以了解到量子測量從實驗場邁向應用場的歷程。

賀羽清晰記得，2022年首屆科儀節(jié)時，產(chǎn)業(yè)端尚無可落地的成熟產(chǎn)品，會場只能以量子測量基礎原理科普宣講為主。第二屆會議便轉(zhuǎn)向探索技術(shù)可能適配的應用場景。2024年的第三屆則開始明確推介“哪些場景能用上”。而今年的第四屆科儀節(jié)，嘉賓演講中展示了許多場景應用實拍圖。

“這四年的變化，就如同孩子從蹣跚學步到穩(wěn)健邁步?！辟R羽說，“等到明年第五屆科儀節(jié)，參會者一定會展示大量量子測量設備運行的實測數(shù)據(jù)?！?/p>

創(chuàng)新道阻且長

在采訪過程中，多位專家向記者表示，盡管我國量子測量技術(shù)取得了關(guān)鍵性突破，但與先進國家相比，在多個維度上仍存在很大追趕空間。

“我們的原創(chuàng)性理論研究仍顯不足，部分技術(shù)指標存在一定差距?！痹S克標說。

趙立波也表達了類似觀點：“尤其是那些商業(yè)化曙光尚未顯現(xiàn)的量子測量前沿領(lǐng)域，存在研發(fā)動力不足的現(xiàn)象?！?/p>

此外，即便在已投入實際應用的量子測量設備領(lǐng)域，我國部分核心儀器與裝備的性能指標仍與國外先進產(chǎn)品存在一定差距。這一現(xiàn)狀凸顯了加快自主創(chuàng)新、突破關(guān)鍵設備技術(shù)瓶頸的緊迫性。

在量子時頻標準（超高精度原子鐘）方面，我國研制的高精度光鐘，其穩(wěn)定度和不確定度雖然已進入10^-18量級，達到國際先進水平，但性能指標仍然落后國際上最優(yōu)水平1—2個數(shù)量級。

在量子導航方面，我國研制的原子自旋陀螺原理樣機，其各項指標與國際最高指標相當，但系統(tǒng)集成和動態(tài)測量落后于歐美。歐美研制的量子導航產(chǎn)品抗干擾能力更強，尤其在航空、海洋和地下場景表現(xiàn)突出。

如何推動我國量子測量技術(shù)實現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越？

在基礎研究方面，許克標認為，要深化量子測量基礎理論研究，力爭在原創(chuàng)性引領(lǐng)理論方面取得突破。他建議，重點培養(yǎng)跨學科復合型人才，尤其是物理、工程、材料等基礎領(lǐng)域與應用層的專業(yè)人才；同時，整合優(yōu)勢資源，強化重大科研領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新。

“國外在量子測量領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，源于其對基礎科研長期穩(wěn)定的投入?！壁w立波說，量子技術(shù)的突破，本質(zhì)上源于人類對量子物理的深刻認知和對微觀世界的探索，因此，我國在量子測量領(lǐng)域的基礎研究投入是十分必要的。

趙立波提出，我國也可借鑒國外構(gòu)建科技創(chuàng)新生態(tài)的經(jīng)驗，積極探索產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化應用的體制機制，完善相關(guān)政策和法規(guī)。

趙立波進一步說道，量子傳感芯片技術(shù)作為量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用的關(guān)鍵路徑，正成為全球量子科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。將量子傳感技術(shù)與芯片工藝深度融合，實現(xiàn)規(guī)?；瘧茫w現(xiàn)了先進制造技術(shù)在量子領(lǐng)域的高階應用價值?！拔覈诖朔较虻难邪l(fā)投入仍有較大提升空間，亟待加強資源傾斜和政策支持。當前歐美已有數(shù)十家頂尖機構(gòu)布局相關(guān)研究，而我國在該領(lǐng)域的研究基礎相對薄弱?！彼f。

在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，賀羽認為，量子科技企業(yè)應持續(xù)拓展應用場景?！捌髽I(yè)要面向市場與用戶需求，進行技術(shù)工程化產(chǎn)品化落地，找到技術(shù)與成本的平衡點?！辟R羽說，企業(yè)還要保持戰(zhàn)略定力，持續(xù)開展核心部件、關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)迭代，不斷提升產(chǎn)品的技術(shù)指標與用戶體驗，建立產(chǎn)學研用的創(chuàng)新平臺，持續(xù)拓展應用場景，擴大市場規(guī)模。

“隨著國家對量子科技的進一步支持，我國量子測量行業(yè)一定會迎來更加廣闊的發(fā)展空間?！辟R羽對量子測量的未來發(fā)展充滿信心。

短評丨搶占量子測量全球競爭制高點

洪敬譜

當今世界正經(jīng)歷新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，量子技術(shù)作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性領(lǐng)域，已成為全球科技競爭的制高點。其中，量子精密測量技術(shù)作為距離實用化更近的量子技術(shù)，正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化應用。

面對激烈的國際競爭和快速迭代的技術(shù)浪潮，量子測量產(chǎn)業(yè)如逆水行舟，稍有懈怠便可能被后浪趕超。唯有將創(chuàng)新作為核心驅(qū)動力，方能在量子測量的賽道上搶占全球制高點。

搶占制高點，必須突破關(guān)鍵核心技術(shù)。量子測量的核心競爭力體現(xiàn)在超高精度、超高靈敏度的測量能力上。以原子鐘為例，其精度每提高一個數(shù)量級，就可能催生新的應用場景。中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊研發(fā)的鍶原子光晶格鐘，精度已經(jīng)做到了數(shù)十億年誤差不超過一秒，為北斗導航系統(tǒng)提供了強有力支撐。但要實現(xiàn)全面領(lǐng)先，還需要在量子傳感器件、量子調(diào)控方法等基礎領(lǐng)域持續(xù)突破。只有掌握更多“從0到1”的突破，才能擺脫對國外技術(shù)的依賴，真正掌握發(fā)展主動權(quán)。

產(chǎn)業(yè)化應用是檢驗創(chuàng)新成果的試金石。量子測量技術(shù)不能只停留在論文和實驗室里，必須走向市場、服務社會?！靶枨鬆恳钡陌l(fā)展路徑，只有通過“產(chǎn)學研用”協(xié)同創(chuàng)新，才能實現(xiàn)創(chuàng)新價值的真正轉(zhuǎn)化。

創(chuàng)新生態(tài)培育是量子測量技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。作為多學科交叉領(lǐng)域，量子測量需要物理、材料、電子等方面人才的協(xié)同創(chuàng)新。當前我國雖已建立人才培養(yǎng)體系，但仍面臨頂尖人才短缺等挑戰(zhàn)。此外，還需重點優(yōu)化科研評價機制促進學科交叉，完善成果轉(zhuǎn)化政策激發(fā)創(chuàng)新活力，深化國際合作融入全球網(wǎng)絡。唯有構(gòu)建良好創(chuàng)新生態(tài)，才能為技術(shù)突破提供持續(xù)動力。

當前，量子測量正迎來產(chǎn)業(yè)化的重要窗口期。根據(jù)預測，到2030年全球量子測量市場規(guī)模將達數(shù)十億美元。面對這一重大機遇，我們要加快技術(shù)突破和成果轉(zhuǎn)化，搶占全球競爭制高點。

令人振奮的是，2025年政府工作報告首次提出建立未來產(chǎn)業(yè)投入增長機制，明確支持量子科技發(fā)展，這為量子測量產(chǎn)業(yè)注入了強大政策動力。

相信在政策支持、產(chǎn)業(yè)協(xié)同與持續(xù)創(chuàng)新的強勁驅(qū)動下，我國量子測量產(chǎn)業(yè)定能在量子科技的浩瀚星圖中，綻放出璀璨光芒。