【深瞳工作室出品】
采写：本报记者 洪敬谱 王禹涵
策划：赵英淑 滕继濮
6月9日，安徽省科技厅揭晓2024年度安徽省十大标杆示范场景，合肥候店量子应用示范变电站入选。
这是世界首座220千伏量子应用示范变电站，部署了全球首台基于量子精密测量（以下简称“量子测量”）技术的电流互感器。该互感器体积仅为传统设备十分之一，测量精度却能实现量级跃升，很好诠释了量子科技“小身材、大能量”的优势。
量子测量打破了经典测量的精度桎梏，拓展了物理信息感知维度，与量子通信、量子计算共同构筑起量子信息技术的三大支柱。
近年来，我国在量子测量领域持续发力，在原子钟技术、量子重力仪、量子磁力计、金刚石NV色心技术、里德堡原子技术等核心器件研发及产业化方面取得了突破性进展，成为国际量子科技竞争版图中的关键力量。
我国量子测量技术目前处于什么阶段，已应用于哪些场景，如何在全球竞速赛道上实现突破？带着这些问题，近日科技日报记者深入行业一线，展开了采访。
“后进生”的追赶超越
“这款传感器采用金刚石氮—空位色心量子传感技术，是目前人类能制造的最小的传感器之一，具有纳米级空间分辨率，可应用于芯片无损检测等领域。”5月18日，在第四届量子科仪节上，国仪量子技术（合肥）股份有限公司（以下简称“国仪量子”）技术负责人许克标展示了一款钻石单自旋传感器，它以颠覆性尺度拓展了量子传感技术的应用边界。
“量子传感技术发展历史悠久，目前相关技术已成熟，部分技术已开始应用。”许克标在接受记者采访时表示，早在20世纪40年代，国外研制的原子钟便开启了量子测量的实用化进程。如今，全球定位系统（GPS）的纳秒级授时、5G网络的同步校准，都离不开原子钟这一“时间量子传感器”的关键支撑。
许克标介绍，从技术成熟度角度来看，目前，原子钟、核磁共振、原子磁力仪、超导干涉磁力仪等量子测量设备的发展历史更为悠久，技术成熟度也更高。而像原子干涉重力仪、NV 色心磁力计、里德堡原子电场测量等，则属于量子测量设备领域的新兴发展方向，展现出巨大的技术潜力和发展空间。
安徽省量子精密测量技术制造业创新中心主任、国仪量子董事长贺羽对记者说，早在20世纪60年代，我国就开始探索以原子钟为主的时间频率标准测定技术，并于1965年成功研制出我国第一台原子钟，为国防、航天、通信、计量等事业作出了重要贡献。
尽管我国量子测量技术起步稍晚，算是“后进生”，但近年来已进入快速发展期，涌现出一批高水平科技成果。尤其是2015年，我国量子测量技术取得了重大突破：中国科学院院士、时任中国科学技术大学物理学院执行院长杜江峰团队使用金刚石量子测量方法，测得国际首张单蛋白质分子的电子顺磁共振谱。这项成果在《科学》杂志发表后，引起全球轰动。
2016年，国仪量子正式成立。该公司脱胎于中国科学技术大学科技成果转化项目，是国内首家以量子精密测量技术为核心的先进测量技术企业。此后，该公司陆续研制出国内首台商用脉冲式电子顺磁共振谱仪、全球首款面向大众的金刚石量子计算教学机、国内首台量子钻石原子力显微镜等，并自主研发出量子钻石单自旋谱仪、量子自旋磁力仪、微波场强仪等多款量子测量仪器装备。
近年来，国内从事量子测量技术产业化的企业如雨后春笋般涌现，产业化水平也随之快速提升。
西安交通大学仪器科学与技术学院执行院长、教授赵立波表示：“我国量子测量技术在时间、磁场、微波、转动角速度、电流、重力测量等细分领域，已处于世界领先或者同等水平。”
叩开市场应用大门
伴随着量子测量技术的不断成熟，我国多样的应用场景正成为量子测量技术落地的天然试验场。
在特高压电网领域，技术与场景的深度耦合催生出世界级创新成果。2025年1月，由南方电网牵头，中国科学技术大学、中国电气装备西安西电高压开关有限责任公司等单位联合研制的全球首套±800千伏特高压直流量子电流传感器成功落地，标志着量子测量技术在电力系统实现应用。
“它就像给电网装上了一双‘透视眼’，既能看得远，又能看得细。”中国电气装备西安西电高压开关有限责任公司副总经理李强这样形容这项成果。
此外，量子测量技术也已应用于矿产勘探领域。“量子探矿技术的研究源于产业的巨大需求，涵盖深海勘探、深地勘探等多个领域。”中冶武勘量子探矿研究院院长李海峰非常看好该技术的应用前景。
李海峰说，在金属矿产勘探领域，传统技术已接近瓶颈——500米以内的矿产资源几乎已经探明，随着勘探深度的加深，深部金属矿产资源面临“探不着、测不准、效率低、成本高”等问题。传统技术难以满足深部资源勘探需求。向深部进军是矿产勘探的必然趋势，而量子探矿技术被认为是具有颠覆性的解决方案。
“2024年以来，我们利用量子重力仪、量子磁力仪和量子重力梯度仪等设备，开始深部矿产高精度探测，已在多个矿山开展测试验证。”李海峰举例说，在中国五矿旗下的一座超大深度、超大规模矿山，利用量子重力仪和量子磁力仪进行了测试，反演结果与实际勘探数据高度吻合，量子探矿技术体现了巨大的应用潜力。
作为我国能源运输“主动脉”，管道网络承担着将95%以上油气资源输送至千家万户的重任。目前，国内外主要通过管道内检测机器人集成霍尔、涡流、超声等传感器，对管道进行全面扫描，但微小裂纹和应力精准感知是技术难点，传统检测方法已接近技术天花板。
“量子测量技术在灵敏度和分辨率上具有显著优势，为油气管道检测提供了新方向。”国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司高级工程师李睿说。
从特高压电网到油气管道，量子测量技术正重塑工业安全监测范式。
“我国量子测量技术在2024年以前主要处于研发阶段，真正叩开市场大门就在近两年。”贺羽说，从国仪量子联合政府部门举办的四届量子科仪节主题的变化，就可以了解到量子测量从实验场迈向应用场的历程。
贺羽清晰记得，2022年首届科仪节时，产业端尚无可落地的成熟产品，会场只能以量子测量基础原理科普宣讲为主。第二届会议便转向探索技术可能适配的应用场景。2024年的第三届则开始明确推介“哪些场景能用上”。而今年的第四届科仪节，嘉宾演讲中展示了许多场景应用实拍图。
“这四年的变化，就如同孩子从蹒跚学步到稳健迈步。”贺羽说，“等到明年第五届科仪节，参会者一定会展示大量量子测量设备运行的实测数据。”
创新道阻且长
在采访过程中，多位专家向记者表示，尽管我国量子测量技术取得了关键性突破，但与先进国家相比，在多个维度上仍存在很大追赶空间。
“我们的原创性理论研究仍显不足，部分技术指标存在一定差距。”许克标说。
赵立波也表达了类似观点：“尤其是那些商业化曙光尚未显现的量子测量前沿领域，存在研发动力不足的现象。”
此外，即便在已投入实际应用的量子测量设备领域，我国部分核心仪器与装备的性能指标仍与国外先进产品存在一定差距。这一现状凸显了加快自主创新、突破关键设备技术瓶颈的紧迫性。
在量子时频标准（超高精度原子钟）方面，我国研制的高精度光钟，其稳定度和不确定度虽然已进入10-18量级，达到国际先进水平，但性能指标仍然落后国际上最优水平1—2个数量级。
在量子导航方面，我国研制的原子自旋陀螺原理样机，其各项指标与国际最高指标相当，但系统集成和动态测量落后于欧美。欧美研制的量子导航产品抗干扰能力更强，尤其在航空、海洋和地下场景表现突出。
如何推动我国量子测量技术实现从跟跑到领跑的跨越？
在基础研究方面，许克标认为，要深化量子测量基础理论研究，力争在原创性引领理论方面取得突破。他建议，重点培养跨学科复合型人才，尤其是物理、工程、材料等基础领域与应用层的专业人才；同时，整合优势资源，强化重大科研领域的协同创新。
“国外在量子测量领域的领先优势，源于其对基础科研长期稳定的投入。”赵立波说，量子技术的突破，本质上源于人类对量子物理的深刻认知和对微观世界的探索，因此，我国在量子测量领域的基础研究投入是十分必要的。
赵立波提出，我国也可借鉴国外构建科技创新生态的经验，积极探索产业转化应用的体制机制，完善相关政策和法规。
赵立波进一步说道，量子传感芯片技术作为量子技术产业化应用的关键路径，正成为全球量子科技发展的战略制高点。将量子传感技术与芯片工艺深度融合，实现规模化应用，体现了先进制造技术在量子领域的高阶应用价值。“我国在此方向的研发投入仍有较大提升空间，亟待加强资源倾斜和政策支持。当前欧美已有数十家顶尖机构布局相关研究，而我国在该领域的研究基础相对薄弱。”他说。
在产业化发展方面，贺羽认为，量子科技企业应持续拓展应用场景。“企业要面向市场与用户需求，进行技术工程化产品化落地，找到技术与成本的平衡点。”贺羽说，企业还要保持战略定力，持续开展核心部件、关键技术的研发迭代，不断提升产品的技术指标与用户体验，建立产学研用的创新平台，持续拓展应用场景，扩大市场规模。
“随着国家对量子科技的进一步支持，我国量子测量行业一定会迎来更加广阔的发展空间。”贺羽对量子测量的未来发展充满信心。
