量子傳感：“鼎新帶動革故”

趙廣立

“遇事不決，量子力學。”這句謔語的背后，隱喻著量子力學這一前沿科技在公眾面前的深奧與神秘。然而，盡管看似遙不可及，量子科技——尤其是量子信息產業(yè)化的步伐已然開啟，并逐漸形成了量子精密測量（量子傳感）、量子保密通信、量子計算三大賽道，其間也難免滋生出一些“魚目混珠”的亂象。

為還原量子科技產業(yè)化真相，《中國科學報》通過走訪科學家、創(chuàng)業(yè)者和投資方，推出系列報道，深入探究上述三大賽道的技術現(xiàn)狀、產業(yè)前景等。

2016年12月底創(chuàng)立，5年時間融資5輪，最近一輪（C輪）融資數(shù)億元人民幣，估值達70億元，這家公司就是國儀量子——孵化自中國科學技術大學的量子精密測量儀器產業(yè)初創(chuàng)公司。

訊飛創(chuàng)投投資總監(jiān)孫嘯天憶起對國儀量子的投資，至今猶記當年的興奮。2018年3月，該投資團隊到國儀量子溝通參與A輪融資，4月底就完成了投資決策：作為A輪領投方，訊飛創(chuàng)投給這個當時創(chuàng)立僅1年多的團隊投出4000萬元。

這些數(shù)字的背后，是量子精密測量技術落地應用所帶來的無限魅力。

“說它是‘備胎’，是因為其各方面性能與磷酸鐵鋰非常接近，除非后者的供應鏈遇到困難，從經濟或性能上有必要啟用鈉離子電池。”王朝陽說。

中國科學院院士歐陽明高也曾明確表示“鋰電池還會用很久”。目前鈉離子電池各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求，預計到2035年鈉、鉀離子電池性能大幅提升、比能量達到300瓦時/千克左右時，才會大規(guī)模進入市場。

面對被稱為“備胎”的鈉離子電池，中國還能抓住哪些機會？

賀羽，年輕的“90后”創(chuàng)業(yè)者，曾就讀于中國科學技術大學少年班。2016年從中國科學技術大學杜江峰院士團隊出來創(chuàng)辦國儀量子時，已經是他第三次投身創(chuàng)業(yè)，“該掉的坑都掉過了，在國儀量子倒不覺得有什么不順”。

“量子傳感器是人類能研制的最‘小’的傳感器。”賀羽向《中國科學報》介紹，“最小意味著它能測量一些我們用現(xiàn)代儀器測不到的信號，比如微弱的磁場、神經元放電、血液中的分子標識物等等，它是打開微觀世界的一把鑰匙。”

物質的電磁場、溫度、壓力等與量子體系發(fā)生相互作用后會改變其量子狀態(tài)，而通過對這些變化后的量子態(tài)的檢測，就能實現(xiàn)對物質環(huán)境參數(shù)的高靈敏度測量。量子精密測量就是基于量子力學基本特性——如量子相干、量子糾纏、量子統(tǒng)計等，實現(xiàn)對物理量測量的一項技術。如今量子態(tài)操控技術已趨成熟，量子精密測量的精度也大幅提高。

簡單的理解就是，由電子、光子、聲子等構筑的量子體系就像是一把高靈敏度的尺子，借助它就可以實現(xiàn)對諸如壓力、溫度、磁場乃至時間等各物理量更精密的測量，因此又稱“量子傳感”。

不僅如此，量子糾纏還可以進一步提高測量靈敏度。

假設讓N個“量子尺子”的量子態(tài)處于一種糾纏態(tài)上，外界環(huán)境對這N把量子尺的作用就會相干疊加，那么最終的測量精度相對單量子尺將提高N倍。這樣的精度突破了經典力學的散粒噪聲極限，并提高了倍數(shù)，是量子力學理論范疇內所能達到的最高精度——海森堡極限。

盡管訂單數(shù)量節(jié)節(jié)攀升，但賀羽也坦承，國儀量子所撬開的量子傳感儀器市場還只是冰山一角。

“一方面，量子精密測量技術相對傳統(tǒng)測量儀器是降維打擊，存量市場潛力很大;另一方面，量子測量還有許多待發(fā)掘的市場應用場景，新需求會不斷誕生。”賀羽說，他們現(xiàn)在每年要拿出營收費用的40%左右用于研發(fā)投入，除技術創(chuàng)新研發(fā)外，還開展場景創(chuàng)新研發(fā)，一些新應用場景的儀器也在做預研或規(guī)劃。

國儀量子并非量子精密測量技術產業(yè)化的獨行者。放眼全球，瑞士量子傳感解決方案開發(fā)商Qnami就是一家與國儀量子旗鼓相當?shù)母偁帉κ帧：笳邔Ｗ⒂诹孔语@微鏡系統(tǒng)市場，并已有多款產品在材料研究領域推出。

此外，一些傳統(tǒng)儀器儀表巨頭也在相關細分領域開始采用量子精密測量技術，并開展相應產品的研制或指定產品的研發(fā)計劃。

如美國傳統(tǒng)制造商洛克希德·馬丁公司就有專門的研究小組，探索研制和使用量子傳感器解決全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號干擾問題;德國工業(yè)巨頭博世集團目前正著手探索量子精密測量技術在汽車傳感上的應用——2月18日，博世集團剛剛通過其官方發(fā)布渠道宣布成立全新初創(chuàng)團隊，旨在將量子傳感器商品化。

環(huán)顧國內，類似國儀量子這樣的初創(chuàng)企業(yè)并不多，但我國已有或已開展量子精密測量技術開發(fā)的研究團隊也不在少數(shù)。

比如，2021年3月，位于浙江的之江實驗室就曾宣布，其于2019年7月正式立項的量子精密測量大科學裝置完成了“里程碑節(jié)點成果驗收”。公開信息顯示，該裝置基于光動量效應，探索集中在高精度力學量的量子傳感技術方向，上述成果的取得“為力學量量子傳感技術發(fā)展奠定了扎實的基礎”。

再如，中國科學技術大學教授盧征天團隊，曾提出原子阱痕量分析方法、自主研發(fā)基于激光冷原子阱技術痕量同位素分析實驗裝置，并將其創(chuàng)造性地應用于環(huán)境樣品中稀有同位素的探測，進而用于為古地下水與冰川定年。

“我們只是眾多量子精密測量技術應用中的一個例子，它的空間是很廣闊的，技術應用也日新月異。”盧征天在接受《中國科學報》采訪時說，量子精密測量常應用于時間、質量、溫度等物理量的測量，原子鐘就是一個“明亮的例子”，借助量子技術，原子鐘的計時準確度達到了理論最高水平。

盧征天提到的這一技術在市場上亦有應用落地。記者查詢公開信息獲悉，我國原子鐘、時間同步設備和系統(tǒng)主要供應商“天奧電子”就主營時間頻率產品等的研發(fā)設計、生產銷售，其營收中有近57%來自頻率系列產品、42%來自時間同步系列產品。值得一提的是，作為“量子科技概念股”，天奧電子自2018年9月3日在A股上市以來，股票漲幅達274%。

量子精密測量的政策“東風”，也吹得正勁。

1月28日，國務院發(fā)布《計量發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（下文稱《規(guī)劃》），提出在2035年建成以量子計量為核心、科技水平一流、符合時代發(fā)展需求和國際化發(fā)展潮流的國家現(xiàn)代先進測量體系。

《規(guī)劃》重點介紹了對于計量基礎研究、計量應用、計量能力建設與計量監(jiān)督管理的整體要求。在專欄2“計量基礎理論與核心技術研究”中，《規(guī)劃》提出，要“重點開展量子精密測量和傳感器件制備集成技術、量子傳感測量技術研究”。

從《規(guī)劃》的措辭和篇幅設置中可以看出，量子精密測量技術和高端儀器國產化在其中扮演著重要角色。

作為以量子精密測量為核心技術、高端科學儀器為主營產品的高新技術企業(yè)，國儀量子表態(tài)要抓住國家戰(zhàn)略機遇，“將面向世界科技前沿和國家重大需求，加大關鍵核心技術攻關力度，為提高國家科技創(chuàng)新能力、促進經濟社會高質量發(fā)展貢獻力量”

基于量子精密測量技術研制的儀器，相比一些傳統(tǒng)科學儀器是“降維打擊”，因為科學儀器天然追求更高靈敏度和更高精度。這在賀羽看來，給了國產科學儀器研制“換道超車”的機會。

高端科學儀器是科學研究、工程探測、醫(yī)療診斷等不可或缺的重要工具，但由于精密儀器技術要求高、制造難度大，全球范圍內只有來自發(fā)達國家的儀器巨頭如賽默飛世爾、島津、羅氏診斷、布魯克等具有完善的供貨能力，處于壟斷地位。

而高端儀器長期以來依賴進口，讓包括中國在內的許多國家不得不付出高價的同時還要仰人鼻息，可謂“天下苦壟斷廠商久矣”。

量子精密測量技術在科學儀器方面的落地應用，正在改變這一尷尬現(xiàn)狀。“我們研制的不少儀器一經推出就是‘世界首臺’，不僅樹立了國儀量子的品牌，也奠定了國產高端儀器打破國外科學儀器巨頭壟斷的基礎。”賀羽說。

賀羽形容量子精密測量儀器是一個“鼎新帶動革故”的創(chuàng)業(yè)賽道。他介紹，基于量子精密測量技術，國儀量子瞄準高端儀器市場缺口，錨定人有我優(yōu)、人無我有的“為國造儀”理念，展現(xiàn)了新技術的競爭力。

2018年10月，國儀量子發(fā)布的國內首臺脈沖式電子順磁共振波譜儀，自主創(chuàng)新多項核心技術，填補國內空白，突破國際禁運，并在關鍵性能指標上實現(xiàn)超越;2019年11月，國儀量子發(fā)布世界首臺量子鉆石原子力顯微鏡，能“看到”納米級的微小結構，在量子科學、化學與材料科學及生物和醫(yī)療等領域有著廣泛應用前景。

目前，國儀量子已經具備多款量子傳感器從研發(fā)到生產的核心能力，一些儀器設備甚至開始銷往美國、澳大利亞等發(fā)達國家，銷售額逐年翻番。賀羽透露，2021年國儀量子訂單總金額輕松跨過2億元關口，2022年有望突破4億元。