鉆石的魅力僅僅在于它的純凈無瑕嗎?殊不知,微小的氮-空位色心(NV色心)缺陷也有它獨特的魅力。
在合肥,一群創新者通過精確的自旋態操控,讓鉆石中的原子級“瑕疵”搖身一變,成為能感知磁場、溫度的超靈敏探測器,將看不見的量子世界轉化為可測量的光學信息。
從電力行業到工業檢測,這項技術正在開啟一個全新的精密測量時代。
“量子之尺”鋒芒展露
隨著現代工業文明的蓬勃發展,業界逐漸形成一個共識,那就是“只有測得出才能造得出,只有測得準才能造得精”。
現如今,不論是對極弱信號的精準捕捉與解析,還是對精密結構納米級的檢測要求,抑或是對微小變化量極致的測量需求,精密測量正成為諸多行業發展不可或缺的技術支撐。
如何突破現有測量技術的精度瓶頸,實現更微觀、更靈敏的測量?如何在復雜環境干擾下,保持測量結果的穩定性與可靠性?或許,象征永恒愛意的鉆石可以幫忙。
“NV色心是一種在金剛石(鉆石的原石)晶體結構中常見的點缺陷,但正是這一‘缺陷’,讓金剛石成為量子精密測量的‘敲門磚’。”安徽國盛量子科技有限公司首席技術官張少春說,NV色心是一種優異的量子傳感器,可將其看作一個極其微小的磁針,通過觀察NV色心的變化,能用來探測磁場的強弱、方向等信息,從而在很多高科技領域發揮作用。
以電力行業為例,在電力傳輸“江湖”中,特高壓直流輸電是“大俠”級別的存在。它肩負著跨區域、大容量輸電的重任,將偏遠地區的電能高效地輸送到繁華都市,就像打通電力的“任督二脈”,對國家能源布局和經濟發展意義非凡。
然而,想要摸清這位“大俠”的武功招數卻并非易事,其中對電流的精確測量是一大難題。測量的可靠性和準確性直接關系到高壓電流模式的精準控制、系統運行效率以及電力設備保護,其重要性不言而喻。然而,其難度很大,如同在波濤洶涌的大海中,精準測量水流的速度和力量。
“目前我國特高壓線路電流測量主要使用進口光CT來監控電流,最大痛點是受溫度影響很大。”張少春介紹,鉆石材料具有穩定的物理化學性質,且耐受各種極端環境。在量子電流互感器中搭載多個金剛石量子磁傳感器,不僅能夠實現大動態范圍、高精度、高穩定性、低溫漂的交直流電流測量,而且適用于新能源發電、高壓柔性直流輸電、交直流變電站等場景。
2022年,由國盛量子與國網安徽省電力有限公司聯合研發的世界首臺量子電流互感器,在合肥110千伏潛水路變電站成功實現掛網運行。這也是量子精密測量技術在電力行業的首個商業化應用落地。而最新一代的量子電流互感器已在合肥候店變電站投運,為站內電力設備的安全運轉以及周邊企業、社區的可靠供電提供堅實保障。
除了在電力行業,基于金剛石NV色心量子測量技術,國盛量子還研發出量子磁力傳感器、量子溫度傳感器、量子直流數字化標準裝置、量子寬場顯微鏡、量子無損探傷儀等產品,已服務于教學科研、計量校準、芯片檢測、材料檢測、無損探傷等多個領域。
逐夢量子精密測量
2019年5月,國際計量大會將七個基本物理量的計量基準全部量子化,全球計量標準正式進入全面量子化時代。
在量子科技領域,這一事件堪稱具有革命性意義的行業轉折。彼時,國盛量子董事長兼總經理趙博文正在中國科學院量子信息重點實驗室攻讀博士學位,但他敏銳地感知到屬于量子測量產業的春天已經來臨,于是果斷注冊了公司。
在這一國際標準的牽引下,量子測量的創業熱潮以狂飆突進的方式迅速席卷全球,深刻重塑了世界計量發展格局,讓更多懷揣夢想的青年人自此與量子“糾纏”,也讓越來越多量子科技走向臺前。
趙博文是被“糾纏”的其中一員。
新的標準之下,有著巨大的商業市場空白,必然會帶來新的機遇。但如何創立、運營企業,對當時的趙博文而言是一個未知領域。
“當時為了注冊公司,我只能在網上搜索相關信息。前后嘗試了二三十個公司名稱都無法通過注冊,很迷茫。”趙博文回憶,幸運的是,工商服務大廳一位熱心的辦事人員,不僅認真傾聽他的創業故事,還提供了很多專業的指導建議,耐心地幫助他梳理每一個注冊環節。最終,承載著“與時代同發展、與國家同昌盛”愿景的“國盛量子”注冊成功。
公司的注冊成立僅是萬里長征的第一步。
“剛開始的那段日子真是舉步維艱。最難的時候,險些連員工工資都發不出來,那種煎熬至今難忘。”趙博文感慨,資金鏈就是企業的生命線,再好的業務前景和創業夢想,一旦現金流斷裂都將難以為繼。“能想的辦法都想了,一邊四處籌措借款,一邊重操舊業做家教,就為了給公司多爭取一次生存發展的機會。”
即便在最艱難的時刻,趙博文也從未動搖過創業的決心,始終保持著堅定的信念和昂揚的斗志。這份執著不僅支撐著自己,更深深感染著并肩作戰的創業伙伴。在他的帶領下,團隊逐漸打開局面,開始承接科研項目和商業訂單。2022年成為公司發展的關鍵轉折點——合肥高投、合肥創投和興泰資本向公司注資數千萬元。這是趙博文創業以來獲得的首筆融資,標志著企業邁入新的發展階段。
獲得天使輪融資后,國盛量子迅速解決了研發場地和實驗室建設等關鍵問題。在充足資金的支持下,公司研發團隊相繼突破技術瓶頸,成功開發出一系列具有自主知識產權的核心產品。憑借突出的技術創新能力和產業化成果,國盛量子不僅確立了在國內量子測量行業的領先地位,也成為國內首家量子工業檢測領域的國家高新技術企業。
量子產業越來越大
在國盛量子企業展廳,陳列的量子無損探傷儀可以為鐵路軌道做“量子CT”,量子電流測量設備已經在電網中守護萬家燈火……這些技術突破的核心,就是源自比芝麻粒還小的金剛石NV色心。
這種原子級的感知能力,正在改寫產業規則。除了在電力行業,量子傳感讓高端裝備制造、新能源基礎設施、重大工程運維等工業領域的無損檢測成為可能。
量子裂紋檢測裝置,是安徽省特種設備檢測院與國盛量子聯合研發的一款產品,如同給工業設備裝上“量子CT”,能夠清晰感知材料表面的微小裂紋和缺陷,即使是頭發絲大小的損傷也能被檢測出來。
省特檢院的范華林博士告訴記者,量子裂紋檢測技術靈敏度高,不僅能夠精準捕捉微小的裂紋和缺陷,還可實現非接觸式檢測,大大簡化了檢測流程,提高了工作效率,目前已用于電梯、壓力管道、大型游樂設施、客運索道、高壓容器等特種設備的檢測。
以前,這些特種設備的檢測多是采用目視或者磁粉檢測等技術,難以滿足特種設備高精度、高可靠性檢驗的要求,相關數據也難以及時呈現。
如今,量子裂紋檢測技術不僅打破了傳統檢測方法的局限性,還可以實時顯示、保存和重現,為后續計算分析和故障診斷提供有力支持。這些優勢使得量子裂紋檢測技術在特種設備檢測領域大放異彩。
當下,量子測量正迎來產業化重要窗口期,除了金剛石NV色心,量子測量還有很多技術手段,包括冷原子體系、超導量子體系等。
更令人振奮的是,梳理歷年政府工作報告發現,對量子領域的表述經歷了從“量子通信”“量子信息”到“量子技術”,再到“量子科技”的變化。“量子”這一關鍵詞,分別在2016年、2018年、2021年、2023年、2024年、2025年,共計六次出現在政府工作報告中。
今年的政府工作報告首次提出建立未來產業投入增長機制,明確支持量子科技發展,這為量子產業發展注入了強大的政策動力。
作為量子科技創新發展的重要策源地,近年來,合肥加速量子科技成果從“落地生根”到“開花結果”。目前,合肥量子產業鏈上下游企業數居全國首位,囊括量子通信、測量、計算等“十八般武藝”。
“當前合肥正全力打造國家量子科技和產業中心,拓展‘量子+’在更多領域推廣和商用,這需要很多量子企業、量子產業人的付出。”趙博文說,我們將進一步提升企業的自主創新能力,加大在量子精密測量與傳感技術領域的研發投入,讓量子技術更好賦能千行百業。
可以預見,不久的將來,越來越多的量子科技將走進更多“尋常百姓家”,為我們揭示更為廣闊的世界。