量子技术的应用除了人们熟悉的量子计算、量子通信以外，还有量子传感——利用量子系统、量子特性或量子现象来测量物理量。用于定位、导航和定时的磁场或重力场测量就是量子传感技术的应用例子。
对于利用量子传感进行测量和导航的原理，中国科学技术大学物理学院教授孙方稳说：“电场、磁场力等外界环境都会改变量子态，我们对改变后的量子态进行测量就可以反推出长度、质量和时间等物理量。量子导航就是用一些特有的地图配合特定的传感器来实现导航应用。各地的磁场、重力加速度都不一样，理论上我们可以绘制磁场地图、重力加速度地图，用不同的量子传感器来测量，就可以实现量子导航。”
在波音“多量子传感器”飞行测试中，量子磁力仪由“沙箱”人工智能和量子技术公司（简称“沙箱”公司）开发。该公司宣布将进一步开发其AQNav磁导航系统。“沙箱”公司董事长、谷歌公司前首席执行官埃里克·施密特介绍说，该系统依赖敏感的量子磁力仪，从地磁场中收集数据。地磁场表现出地理上独特的模式，类似于人类的指纹。该系统再使用人工智能算法将地壳模式与已知的磁场地图进行比较，从而准确快速地确定平台位置。
大国科技战略重点
新一轮国际竞争中，量子传感技术的重要性不言而喻，美、英、法、德及日本都已将其列入国家战略。量子传感技术与国防和安全利益高度相关，这一领域的研发可以看到欧美国防、航天等机构深度介入。与此同时，多家私营企业正在进行量子传感技术的商业化并取得成果。
今年5月，英国科学、创新和技术部宣布，由量子技术企业Infleqtion、QinetiQ研究实验室和防务巨头贝宜系统公司组成的研发团队，已在飞机上成功演示了基于量子的惯性导航系统。这是全球首次公开展示此类技术的飞行演示，标志着量子导航技术向实际应用迈出了重要一步。
这一测试是英国国家量子战略“任务4”的一部分，该战略的目标是到2030年在飞机上部署量子导航系统。2023年，英国海军已成功进行了一次量子导航系统测试，该系统使一艘船能够在没有GPS的情况下知道其在世界任何地方的精确位置。
业界人士表示，在量子技术的各种应用中，量子传感器目前最接近实用，也是大国竞相研究的目标，这给中国在量子传感技术产业化研发带来启迪与思考。
中国展现发展潜力
在全球技术竞赛中，中国展现出强劲的创新能力和发展潜力。近年来，中国在量子传感的精度和应用广度上取得了显著进展：已实现高精度原子钟的自主研发，成为世界上少数可以自行研发并制造原子钟的国家；自主研发的原子重力仪主要性能参数国际领先；还完成了量子雷达的原型机研发。
国务院此前发布《计量发展规划(2021—2035年)》提出，“重点开展量子精密测量和传感器件制备集成技术、量子传感测量技术研究”，并多次提到量子传感技术的研究重要性。目前，中国量子传感器研发主要集中于大型国家机构、高校等。
在量子产业发展中也涌现出了一系列技术型代表企业。中能建控股集团旗下量子科技公司是全球公认的四家可自主研发生产量子通信核心设备的企业之一。专注研发混合量子加密技术；2020年11月相关量子加密通信产品通过国家密码局商用密码产品检测；欧洲量子通信龙头企业瑞士IDQ的第二大股东，具有量子产业发展的全球视野。由集团投资建设，位于杭州的量子产业园在2016年建成并投入运营，园区龙头企业具备量子通信核心设备研发能力，以“核心技术+全面服务”模式构建全链条产业集群；园区企业申请专利将近150项，并承担了沪杭量子通信干线、杭州量子通信城域网的建设任务。
原标题：快步走向实用的量子传感技术
记者：孙晶 胡丹丹
责任编辑：陈听雨
网页编辑：苏伟