2024年量子精密测量产业发展概况
思瀚产业研究院 国盾量子    2024-06-12

（1）量子精密测量简介

量子精密测量基于对光子和冷原子等微观粒子系统的调控和观测，实现对时间、位置、加速度、磁场、重力场等多种物理量信息的超高精度测量，可以实现物理量测量和信息获取的精度、分辨率、稳定度等性能指标的进一步提升，应用场景丰富、产业化前景明确。

量子精密测量的基本原理是：外界的电磁场、温度、压力等物理量因素会改变电子、光子、声子等微观粒子的量子态，对这些变化后的量子态进行测量，从而实现对外界物理量的测量。早期量子测量技术通常利用能级跃迁、光电效应等量子力学原理实现物理量探测，但对微观粒子的调控和观测能力还较为有限。

近年来，量子测量技术主要研究关注提升测量性能指标，进一步挑战测量精度记录和突破经典测量极限；推进样机系统工程化，进一步开展小型化、芯片化和可移动化研发，增强系统实用性，高校和研究机构对于量子测量科研成果的商业转化支持力度正逐步增大。

随着量子科技的不断发展以及对微观粒子系统认识和测控能力不断提升，大量新型量子测量技术和产品不断涌现，量子精密测量已成为量子信息领域技术方向多元、应用场景丰富和产业化发展迅速的代表。

（2）量子精密测量发展概况

量子精密测量不仅可以带来测量精度、灵敏度等关键指标的数量级提升，还可以基于微观粒子系统的独特优势，在测量可靠性和空间分辨率等方面提供全新测量传感方案和应用。量子精密测量相关的研究已在全球多个国家和地区展开，主要发展地区集中在北美洲、欧洲和亚洲，涉及美国、加拿大、英国、德国、法国、日本、中国，这些国家同时也是量子计算和量子通信的主要技术国，在国家量子精密测量战略政策的广度、深度和国家支持力度均较为突出。

北美在全球各大洲中量子精密测量领域整体技术实力最强的地区，主要研究国是美国和加拿大。其中，美国在 2022 年 4 月发布量子传感器战略政策——Bringing Quantum Sensors Fruition（将量子传感器付诸实践），这是首次有国家针对量子精密测量这一领域发布独立战略计划报告。欧洲量子精密测量领域技术实力最强的是英国、德国和法国，同时，瑞士、奥地利、丹麦等国也不同程度的参与了量子精密测量研究。

亚洲国家中，日本在光技术、机电工程、仪器设备等领域积累深厚，为其发展量子精密测量提供了良好积淀；中国从国家战略层面提出加强计量基础和前沿技术研究，逐渐加强量子精密测量领域的发展。

目前，中国、英国、德国、法国等已在不同程度、不同技术领域提高对量子精密测量领域的重视度，未来，将可能随着技术进步，发展路线清晰化，发布单独的计划，更加详细的指出未来战略发展方向。

近年来，量子精密测量领域科研成果亮点纷呈，在时间频率标准方面，我国研制的高精度光钟，其稳定度和不确定度已进入 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。

2022 年，我国首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于 4×10–19，达到国际最优水平。在量子导航方面，我国研制成功的原子自旋陀螺原理样机，指标与国外公开报道的最高指标相当；可移动原子重力仪精度已接近国际一流水平，小型移动式冷原子重力仪达到了目前国际上野外连续重力观测的最好水平。在单量子灵敏探测方向，我国研究人员在磁场探测、量子激光雷达、痕量原子示踪、单分子表征等若干方向上达到国际领先或先进水平。

目前，量子精密测量领域呈现多样性和分散性，发展路线多元化，但要达到实用化仍需要克服许多技术难题和挑战，如量子系统的稳定性和可扩展性、环境噪声和干扰、测量设备的精度和灵敏度等。未来，量子精密测量将进一步以技术创新、标准完善和市场扩展为主导，合作推动技术实用化，推动产业向成熟和商业化迈进。

随着技术的不断成熟，量子精密测量在计量、成像、科研等领域具有广阔的应用前景，例如，航空交通管制雷达、无卫星导航、卫星导航等领域对于高精度测量的需求逐渐增大，量子精密测量技术将在这些领域发挥更为重要的作用，而在深海探测、电池改良、智能驾驶等领域，量子精密测量的高灵敏度和高精度将成为技术突破的助推器，为产业的不断升级提供动力。

据国际科技咨询机构 ICV 预计，全球量子精密测量市场将从 2023 年的 14.7 亿美元增长到 2035 年的 39.0 亿美元，呈现不断上升趋势，年复合增长率为 7.79%。

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