
提起量子技术,很多人第一印象是遥远的实验室理论,难懂、离日常生活十万八千里。但本届链博会安徽展区正在打破这个固有认知:本源量子、国仪量子、墨测科技等量子企业组团参展,自主研发的量子自旋磁力仪、金刚石量子测量设备集中亮相,覆盖量子计算、量子精密测量、量子通信等产业链环节。
这些能够探测极微弱磁场信号的技术,正从科研仪器逐步走向医疗、新能源、基建、地质勘探等多个赛道。今天深度拆解:量子测量到底是什么?量子磁力仪落地哪些行业?距离普通人日常还有多远?
你要先搞懂:什么是量子测量、量子磁力仪?
传统检测设备依靠电磁、机械感应,测量精度存在物理上限。而量子精密测量利用原子自旋、量子态变化来感知磁场、重力、温度等物理量,灵敏度相比传统传感器有数量级提升。
量子磁力仪是量子精密测量的核心硬件之一。它利用碱金属原子外层电子的自旋性质,以泵浦激光操控原子自旋极化,在外界弱磁场作用下,原子发生拉莫尔进动,改变对检测激光的吸收,从而实现高灵敏度磁场测量。目前主流量子磁力仪包括超导量子干涉仪 ( SQUID ) 、氮空位 ( NV ) 金刚石磁力计、光泵磁力仪和冷原子磁力计等类型。
以国仪量子研制的 SpinMag- Ⅰ量子自旋磁力仪为例,其探头尺寸约为 30 × 16 × 12 mm ³,灵敏度达到小于 15fT/ √ Hz,可探测到比地磁场弱约 10 亿倍的磁信号。该仪器于 2023 年研制成功,具有完全自主知识产权。
在产业化方面,我国已实现多个突破:墨测科技研制的 QTFM-Mozi 系列地磁量子磁力计整机仅重 112g,支持免校准设计,开机即用,已成功应用于地震磁测、矿藏勘探、市政管网探测等多个场景。
量子测量落地领域:从产业到民生,正在逐步渗透
(一)医疗健康:无创心磁、脑磁检测进入临床探索
量子磁力仪在医疗领域的主要应用是心磁图仪 ( MCG ) 和脑磁图 ( MEG ) 。
心磁图仪可捕获心脏跳动产生的微弱磁场信号,为心肌缺血等心血管疾病提供无辐射、非侵入式的早期检测手段。相比传统心电图需要贴满电极、核磁共振费用高昂且有辐射,量子心磁检测具有非接触、无创伤、快速等特点,具有大范围临床应用的潜力。
脑磁图 ( MEG ) 则通过探测大脑神经元活动产生的微弱磁场,构建高分辨率的脑磁图。英国诺丁汉大学曾将光泵磁力仪集成于头盔式 MEG 扫描仪,成功研究大脑运动皮层活动,并计划用于儿童癫痫病研究。国内方面,基于量子自旋磁力仪的脑磁设备可实现 " 穿戴式 " 设计,在运动状态下进行脑磁记录,且运维成本低于传统超导脑磁设备。
不过,需要指出的是:生物体产生的磁场信号极其微弱,且易被环境噪声淹没,以现有技术尚无法实现远程、无接触的精准监测与定位。目前心磁、脑磁检测仍处于临床探索和规模化推广阶段。
(二)新能源汽车产业:电池质检已有实际应用
在新能源电池领域,量子磁力仪可用于锂电池原料及成品电芯中磁性杂质的无损检测,快速输出磁性杂质占比结果,为新能源行业的质量提升开辟新途径。
墨测科技的产品已应用于新能源电池出厂检验,通过检测电池内部的微弱磁场缺陷,从生产端辅助提升电池安全性。目前国内多家探矿公司及电池相关企业已开始采用国产量子磁力计进行检测。
(三)城市基建民生:地下管线探测已有落地案例
便携式量子磁力仪可用于非开挖精准定位地下金属管线。市政部门无需大面积破路,即可通过地面行走探测地下燃气、自来水、电力管线的位置和状态。
墨测科技的产品已应用于市政管网探测,并用于协助搜寻落水车辆、黑匣子等铁磁性物体。同时,量子磁力仪还可用于钢轨裂纹检测,通过捕捉微小裂纹产生的磁异常,保障高铁运行安全。
(四)地质勘探与防灾:核心应用场景
量子磁力仪在地球物理领域应用最为成熟,主要包括:
矿藏勘探:精准识别地下弱磁异常体,高效锁定矿产靶区,缩短勘探周期。我国已利用量子磁力仪开展深部矿产高精度探测,并在多个矿山进行了测试验证。
地震监测:捕捉地壳应力变化引起的微磁异常,为地震预警提供关键前兆数据。墨测科技已与安徽地震局达成深度合作。
水下探测:协助搜寻水下铁磁性物体,如失事车辆、黑匣子等。
此外,金刚石量子磁力仪已随 SpaceX 火箭成功入轨,参与 NGA MagQuest 挑战赛,未来可应用于 GPS 信号被干扰环境下的地磁导航。
(五)基础科研与国防:持续拓展边界
在基础物理学领域,量子磁力仪被用于搜寻暗光子暗物质等前沿研究。在国防领域,可用于潜艇探测和其他水下物体探测。在空间探测方面,国产 CPT 原子磁力仪已搭载于 " 空间新技术试验卫星 ",完成了首次空间应用,获得了全球磁场勘测数据。
为什么量子产业链集体亮相链博会?
本届链博会上量子企业的集中亮相,释放了几个重要信号:
1. 从实验室走向规模化商用
过去量子设备核心零部件依赖进口,只能小批量科研使用。如今,国仪量子攻克了高精度激光操控、原子自旋态稳定控制、复杂环境下抗噪优化等关键技术瓶颈,大幅提升了设备的可靠性和实际应用能力。墨测科技更是实现了从原子气室、超低噪声电流源到数据采集系统等所有核心部件的自主研发。这标志着量子测量技术正从 " 实验室 " 走向 " 实战场 "。
2. 国产替代与自主可控取得突破
此前高精度磁力仪市场长期被国外企业垄断。中国科大背景的创业团队从零起步,于 2024 年发布了国内首台地磁量子磁力计,测量精度达到国际先进水平。国仪量子的相关技术指标也已达到国际一流水平。这标志着我国在量子精密测量领域实现了从 " 跟跑 " 到 " 并跑 " 甚至 " 领跑 " 的跨越。
3. 加速技术下沉,缩短产业落地周期
链博会的核心价值是链接供需。医疗厂商、车企、市政工程、地质企业现场对接量子企业,有助于缩短技术从研发到普及的周期。国产量子磁力仪价格约为进口设备的三分之一(具体价格因型号而异),这也为大规模推广创造了条件。
现实中的挑战:量子测量离普通人还有多远?
尽管前景广阔,但量子测量技术距离真正走进普通人日常,仍面临以下挑战:
环境噪声问题:量子磁力仪对环境噪声极为敏感。例如,沙漠背景噪声比人体心跳信号强万亿倍,在实际应用中需要复杂的噪声抑制措施。
体积和成本:目前的量子传感器大多仍需要低温、真空、磁屏蔽等环境才能保持量子态的稳定,体积庞大、成本高昂。虽然近年来小型化取得进展(如墨测科技 112g 的磁力计),但用于医疗等领域的精密设备仍需进一步降低成本和体积。
工程化挑战:从实验室原型到可靠、稳定的工业产品,还需要克服漂移、误差累积、长期稳定性等一系列工程化问题。
技术普及周期:专家指出,量子传感要普及到普通人身边,还需要相当长的时间。短期内(1-3 年)不太可能出现社区医院普及心磁检测或家用可穿戴量子健康手环的情况。
那么将来量子测量将如何改变未来生活?
短期(3-5 年)内:量子磁力仪有望在以下领域实现更广泛的产业化应用:
新能源电池产线质检设备进一步普及
市政地下管线探测设备逐步替代传统方法
心磁、脑磁检测在大型医院和科研机构中扩大试点
中长期(5-10 年):随着芯片级量子传感器技术的成熟、室温量子磁力计材料的研发突破,量子传感设备有望实现小型化、低成本化。届时,量子磁力仪可能在以下场景发挥更大作用:
地磁导航(替代 GPS 的弹性方案)
城市全域基础设施健康监测
更精准的地震预警系统
从本届链博会可以看到,量子磁力仪等精密测量设备正在走出实验室,覆盖医疗、新能源、城市安全、资源勘探等多个赛道,为我国高端仪器自主可控和产业升级提供支撑。
当然,从技术突破到大规模民用,还有很长的路要走。正如一位行业专家所言:" 量子传感是下一个前沿,但我们正站在其潜力兑现的最前沿。" 对于普通人来说,量子技术改变生活的那一天,正一步步向我们走来。


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