从钻石“缺陷”到“量子之尺”

钻石的魅力仅仅在于它的纯净无瑕吗?殊不知,微小的氮-空位色心(NV色心)缺陷也有它独特的魅力。

在合肥,一群创新者通过精确的自旋态操控,让钻石中的原子级“瑕疵”摇身一变,成为能感知磁场、温度的超灵敏探测器,将看不见的量子世界转化为可测量的光学信息。

从电力行业到工业检测,这项技术正在开启一个全新的精密测量时代。

“量子之尺”锋芒展露

随着现代工业文明的蓬勃发展,业界逐渐形成一个共识,那就是“只有测得出才能造得出,只有测得准才能造得精”。

现如今,不论是对极弱信号的精准捕捉与解析,还是对精密结构纳米级的检测要求,抑或是对微小变化量极致的测量需求,精密测量正成为诸多行业发展不可或缺的技术支撑。

如何突破现有测量技术的精度瓶颈,实现更微观、更灵敏的测量?如何在复杂环境干扰下,保持测量结果的稳定性与可靠性?或许,象征永恒爱意的钻石可以帮忙。

“NV色心是一种在金刚石(钻石的原石)晶体结构中常见的点缺陷,但正是这一‘缺陷’,让金刚石成为量子精密测量的‘敲门砖’。”安徽国盛量子科技有限公司首席技术官张少春说,NV色心是一种优异的量子传感器,可将其看作一个极其微小的磁针,通过观察NV色心的变化,能用来探测磁场的强弱、方向等信息,从而在很多高科技领域发挥作用。

以电力行业为例,在电力传输“江湖”中,特高压直流输电是“大侠”级别的存在。它肩负着跨区域、大容量输电的重任,将偏远地区的电能高效地输送到繁华都市,就像打通电力的“任督二脉”,对国家能源布局和经济发展意义非凡。

然而,想要摸清这位“大侠”的武功招数却并非易事,其中对电流的精确测量是一大难题。测量的可靠性和准确性直接关系到高压电流模式的精准控制、系统运行效率以及电力设备保护,其重要性不言而喻。然而,其难度很大,如同在波涛汹涌的大海中,精准测量水流的速度和力量。

“目前我国特高压线路电流测量主要使用进口光CT来监控电流,最大痛点是受温度影响很大。”张少春介绍,钻石材料具有稳定的物理化学性质,且耐受各种极端环境。在量子电流互感器中搭载多个金刚石量子磁传感器,不仅能够实现大动态范围、高精度、高稳定性、低温漂的交直流电流测量,而且适用于『新能源』发电、高压柔性直流输电、交直流变电站等场景。

2022年,由国盛量子与国网安徽省电力有限公司联合研发的世界首台量子电流互感器,在合肥110千伏潜水路变电站成功实现挂网运行。这也是量子精密测量技术在电力行业的首个商业化应用落地。而最新一代的量子电流互感器已在合肥候店变电站投运,为站内电力设备的安全运转以及周边企业、社区的可靠供电提供坚实保障。

除了在电力行业,基于金刚石NV色心量子测量技术,国盛量子还研发出量子磁力传感器、量子温度传感器、量子直流『数字化』标准装置、量子宽场显微镜🔬、量子无损探伤仪等产品,已服务于教学科研、计量校准、『芯片』检测、材料检测、无损探伤等多个领域。

逐梦量子精密测量

2019年5月,国际计量大会将七个基本物理量的计量基准全部量子化,全球计量标准正式进入全面量子化时代。

在量子科技领域,这一事件堪称具有革命性意义的行业转折。彼时,国盛量子董事长兼总经理赵博文正在中国科学院量子信息重点实验室攻读博士学位,但他敏锐地感知到属于量子测量产业的春天已经来临,于是果断注册了公司。

在这一国际标准的牵引下,量子测量的创业热潮以狂飙突进的方式迅速席卷全球,深刻重塑了世界计量发展格局,让更多怀揣梦想的青年人自此与量子“纠缠”,也让越来越多量子科技走向台前。

赵博文是被“纠缠”的其中一员。

新的标准之下,有着巨大的商业市场空白,必然会带来新的机遇。但如何创立、运营企业,对当时的赵博文而言是一个未知领域。

“当时为了注册公司,我只能在网上搜索相关信息。前后尝试了二三十个公司名称都无法通过注册,很迷茫。”赵博文回忆,幸运的是,工商服务大厅一位热心的办事人员,不仅认真倾听他的创业故事,还提供了很多专业的指导建议,耐心地帮助他梳理每一个注册环节。最终,承载着“与时代同发展、与国家同昌盛”愿景的“国盛量子”注册成功。

公司的注册成立仅是万里长征的第一步。

“刚开始的那段日子真是举步维艰。最难的时候,险些连员工工资都发不出来,那种煎熬至今难忘。”赵博文感慨,资金链就是企业的生命线,再好的业务前景和创业梦想,一旦现金流断裂都将难以为继。“能想的办法都想了,一边四处筹措借款,一边重操旧业做家教,就为了给公司多争取一次生存发展的机会。”

即便在最艰难的时刻,赵博文也从未动摇过创业的决心,始终保持着坚定的信念和昂扬的斗志。这份执着不仅支撑着自己,更深深感染着并肩作战的创业伙伴。在他的带领下,团队逐渐打开局面,开始承接科研项目和商业订单。2022年成为公司发展的关键转折点——合肥高投、合肥创投和兴泰资本向公司注资数千万元。这是赵博文创业以来获得的首笔融资,标志着企业迈入新的发展阶段。

获得天使轮融资后,国盛量子迅速解决了研发场地和实验室建设等关键问题。在充足资金的支持下,公司研发团队相继突破技术瓶颈,成功开发出一系列具有自主知识产权的核心产品。凭借突出的技术创新能力和产业化成果,国盛量子不仅确立了在国内量子测量行业的领先地位,也成为国内首家量子工业检测领域的国家高新技术企业。

量子产业越来越大

在国盛量子企业展厅,陈列的量子无损探伤仪可以为铁路轨道做“量子CT”,量子电流测量设备已经在电网中守护万家灯火……这些技术突破的核心,就是源自比芝麻粒还小的金刚石NV色心。

这种原子级的感知能力,正在改写产业规则。除了在电力行业,量子传感让高端装备制造、『新能源』基础设施、重大工程运维等工业领域的无损检测成为可能。

量子裂纹检测装置,是安徽省特种设备检测院与国盛量子联合研发的一款产品,如同给工业设备装上“量子CT”,能够清晰感知材料表面的微小裂纹和缺陷,即使是头发丝大小的损伤也能被检测出来。

省特检院的范华林博士告诉记者,量子裂纹检测技术灵敏度高,不仅能够精准捕捉微小的裂纹和缺陷,还可实现非接触式检测,大大简化了检测流程,提高了工作效率,目前已用于电梯、压力管道、大型游乐设施、客运索道、高压容器等特种设备的检测。

以前,这些特种设备的检测多是采用目视或者磁粉检测等技术,难以满足特种设备高精度、高可靠性检验的要求,相关数据也难以及时呈现。

如今,量子裂纹检测技术不仅打破了传统检测方法的局限性,还可以实时显示、保存和重现,为后续计算分析和故障诊断提供有力支持。这些优势使得量子裂纹检测技术在特种设备检测领域大放异彩。

当下,量子测量正迎来产业化重要窗口期,除了金刚石NV色心,量子测量还有很多技术手段,包括冷原子体系、超导量子体系等。

更令人振奋的是,梳理历年政府工作报告发现,对量子领域的表述经历了从“量子通信”“量子信息”到“量子技术”,再到“量子科技”的变化。“量子”这一关键词,分别在2016年、2018年、2025年、2023年、2024年、2025年,共计六次出现在政府工作报告中。

今年的政府工作报告首次提出建立未来产业投入增长机制,明确支持量子科技发展,这为量子产业发展注入了强大的政策动力。

作为量子科技创新发展的重要策源地,近年来,合肥加速量子科技成果从“落地生根”到“开花结果”。目前,合肥量子产业链上下游企业数居全国首位,囊括量子通信、测量、计算等“十八般武艺”。

“当前合肥正全力打造国家量子科技和产业中心,拓展‘量子+’在更多领域推广和商用,这需要很多量子企业、量子产业人的付出。”赵博文说,我们将进一步提升企业的自主创新能力,加大在量子精密测量与传感技术领域的研发投入,让量子技术更好赋能千行百业。

可以预见,不久的将来,越来越多的量子科技将走进更多“寻常百姓家”,为我们揭示更为广阔的世界。(刘全超 黎静)

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