文章來源：科技日報 發布時間：2025-06-25
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”）技術的電流互感器。該互感器體積僅為傳統設備十分之一，測量精度卻能實現量級躍升，很好詮釋了量子科技“小身材、大能量”的優勢。
量子測量打破了經典測量的精度桎梏，拓展了物理信息感知維度，與量子通信、量子計算共同構筑起量子信息技術的三大支柱。
近年來，我國在量子測量領域持續發力，在原子鐘技術、量子重力儀、量子磁力計、金剛石NV色心技術、里德堡原子技術等核心器件研發及產業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鍵力量。
我國量子測量技術目前處于什么階段，已應用于哪些場景，如何在全球競速賽道上實現突破？帶著這些問題，近日科技日報記者深入行業一線，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，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域。”5月18日，在第四屆量子科儀節上，國儀量子技術（合肥）股份有限公司（以下簡稱“國儀量子”）技術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的應用邊界。
“量子傳感技術發展歷史悠久，目前相關技術已成熟，部分技術已開始應用。”許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（GPS）的納秒級授時、5G網絡的同步校準，都離不開原子鐘這一“時間量子傳感器”的關鍵支撐。
許克標介紹，從技術成熟度角度來看，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展歷史更為悠久，技術成熟度也更高。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域的新興發展方向，展現出巨大的技術潛力和發展空間。
安徽省量子精密測量技術制造業創新中心主任、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，并于1965年成功研制出我國第一臺原子鐘，為國防、航天、通信、計量等事業作出了重要貢獻。
盡管我國量子測量技術起步稍晚，算是“后進生”，但近年來已進入快速發展期，涌現出一批高水平科技成果。尤其是2015年，我國量子測量技術取得了重大突破：中國科學院院士、時任中國科學技術大學物理學院執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分子的電子順磁共振譜。這項成果在《科學》雜志發表后，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大學科技成果轉化項目，是國內首家以量子精密測量技術為核心的先進測量技術企業。此后，該公司陸續研制出國內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、國內首臺量子鉆石原子力顯微鏡等，并自主研發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，國內從事量子測量技術產業化的企業如雨后春筍般涌現，產業化水平也隨之快速提升。
西安交通大學儀器科學與技術學院執行院長、教授趙立波表示：“我國量子測量技術在時間、磁場、微波、轉動角速度、電流、重力測量等細分領域，已處于世界領先或者同等水平。”
叩開市場應用大門
伴隨著量子測量技術的不斷成熟，我國多樣的應用場景正成為量子測量技術落地的天然試驗場。
在特高壓電網領域，技術與場景的深度耦合催生出世界級創新成果。2025年1月，由南方電網牽頭，中國科學技術大學、中國電氣裝備西安西電高壓開關有限責任公司等單位聯合研制的全球首套±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在電力系統實現應用。
“它就像給電網裝上了一雙‘透視眼’，既能看得遠，又能看得細。”中國電氣裝備西安西電高壓開關有限責任公司副總經理李強這樣形容這項成果。
此外，量子測量技術也已應用于礦產勘探領域。“量子探礦技術的研究源于產業的巨大需求，涵蓋深海勘探、深地勘探等多個領域。”中冶武勘量子探礦研究院院長李海峰非常看好該技術的應用前景。
李海峰說，在金屬礦產勘探領域，傳統技術已接近瓶頸——500米以內的礦產資源幾乎已經探明，隨著勘探深度的加深，深部金屬礦產資源面臨“探不著、測不準、效率低、成本高”等問題。傳統技術難以滿足深部資源勘探需求。向深部進軍是礦產勘探的必然趨勢，而量子探礦技術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，開始深部礦產高精度探測，已在多個礦山開展測試驗證。”李海峰舉例說，在中國五礦旗下的一座超大深度、超大規模礦山，利用量子重力儀和量子磁力儀進行了測試，反演結果與實際勘探數據高度吻合，量子探礦技術體現了巨大的應用潛力。
作為我國能源運輸“主動脈”，管道網絡承擔著將95%以上油氣資源輸送至千家萬戶的重任。目前，國內外主要通過管道內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難點，傳統檢測方法已接近技術天花板。
“量子測量技術在靈敏度和分辨率上具有顯著優勢，為油氣管道檢測提供了新方向。”國家石油天然氣管網集團有限公司科學技術研究總院分公司高級工程師李睿說。
從特高壓電網到油氣管道，量子測量技術正重塑工業安全監測范式。
“我國量子測量技術在2024年以前主要處于研發階段，真正叩開市場大門就在近兩年。”賀羽說，從國儀量子聯合政府部門舉辦的四屆量子科儀節主題的變化，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年首屆科儀節時，產業端尚無可落地的成熟產品，會場只能以量子測量基礎原理科普宣講為主。第二屆會議便轉向探索技術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，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健邁步。”賀羽說，“等到明年第五屆科儀節，參會者一定會展示大量量子測量設備運行的實測數據。”
創新道阻且長
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取得了關鍵性突破，但與先進國家相比，在多個維度上仍存在很大追趕空間。
“我們的原創性理論研究仍顯不足，部分技術指標存在一定差距。”許克標說。
趙立波也表達了類似觀點：“尤其是那些商業化曙光尚未顯現的量子測量前沿領域，存在研發動力不足的現象。”
此外，即便在已投入實際應用的量子測量設備領域，我國部分核心儀器與裝備的性能指標仍與國外先進產品存在一定差距。這一現狀凸顯了加快自主創新、突破關鍵設備技術瓶頸的緊迫性。
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水平1—2個數量級。
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，但系統集成和動態測量落后于歐美。歐美研制的量子導航產品抗干擾能力更強，尤其在航空、海洋和地下場景表現突出。
如何推動我國量子測量技術實現從跟跑到領跑的跨越？
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，力爭在原創性引領理論方面取得突破。他建議，重點培養跨學科復合型人才，尤其是物理、工程、材料等基礎領域與應用層的專業人才；同時，整合優勢資源，強化重大科研領域的協同創新。
“國外在量子測量領域的領先優勢，源于其對基礎科研長期穩定的投入。”趙立波說，量子技術的突破，本質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建科技創新生態的經驗，積極探索產業轉化應用的體制機制，完善相關政策和法規。
趙立波進一步說道，量子傳感芯片技術作為量子技術產業化應用的關鍵路徑，正成為全球量子科技發展的戰略制高點。將量子傳感技術與芯片工藝深度融合，實現規模化應用，體現了先進制造技術在量子領域的高階應用價值。“我國在此方向的研發投入仍有較大提升空間，亟待加強資源傾斜和政策支持。當前歐美已有數十家頂尖機構布局相關研究，而我國在該領域的研究基礎相對薄弱。”他說。
在產業化發展方面，賀羽認為，量子科技企業應持續拓展應用場景。“企業要面向市場與用戶需求，進行技術工程化產品化落地，找到技術與成本的平衡點。”賀羽說，企業還要保持戰略定力，持續開展核心部件、關鍵技術的研發迭代，不斷提升產品的技術指標與用戶體驗，建立產學研用的創新平臺，持續拓展應用場景，擴大市場規模。
“隨著國家對量子科技的進一步支持，我國量子測量行業一定會迎來更加廣闊的發展空間。”賀羽對量子測量的未來發展充滿信心。
【責任編輯：韓夢圓】