新華社北京10月13日電（記者孫晶胡丹丹）今年8月，美國波音公司完成全球首個「多量子傳感器」飛行測試，使飛機能夠在不使用GPS衛星導航的情況下完成飛行。這使基於量子傳感技術的量子導航進入大眾視野。
業界人士指出，量子傳感技術正以其在提升精確度和可靠性方面的優勢，迅速成為全球科技創新的前沿領域，在精密導航、工業測量等多個領域帶來革命性變化，成為各國投入研究和開發套用的重點。
那麽，什麽是量子傳感技術，它的原理是什麽？其發展和套用前景又如何？
2023年6月19日，在法國巴黎近郊的布爾歇機場舉行的巴黎航展上，波音737 MAX和波音777X飛機（下）進行表演。新華社記者 高靜 攝
無需衛星也能導航
量子技術的套用除了人們熟悉的量子計算、量子通訊以外，還有量子傳感——利用量子系統、量子特性或量子現象來測量物理量。用於定位、導航和定時的磁場或重力場測量就是量子傳感技術的套用例子。
對於利用量子傳感進行測量和導航的原理，中國科學技術大學物理學院教授孫方穩說：「電場、磁場力等外界環境都會改變量子態，我們對改變後的量子態進行測量就可以反推出長度、質素和時間等物理量。量子導航就是用一些特有的地圖配合特定的傳感器來實作導航套用。各地的磁場、重力加速度都不一樣，理論上我們可以繪制磁場地圖、重力加速度地圖，用不同的量子傳感器來測量，就可以實作量子導航。」
在波音「多量子傳感器」飛行測試中，量子磁力儀由「沙箱」人工智能和量子技術公司（簡稱「沙箱」公司）開發。該公司宣布將進一步開發其AQNav磁導航系統。「沙箱」公司董事長、谷歌公司前行政總裁艾歷·施密特介紹說，該系統依賴敏感的量子磁力儀，從地磁場中收集數據。地磁場表現出地理上獨特的模式，類似於人類的指紋。該系統再使用人工智能演算法將地殼模式與已知的磁場地圖進行比較，從而準確快速地確定平台位置。
大國科技戰略重點
新一輪國際競爭中，量子傳感技術的重要性不言而喻，美、英、法、德及日本都已將其列入國家戰略。量子傳感技術與國防和安全利益高度相關，這一領域的研發可以看到歐美國防、航天等機構深度介入。與此同時，多家私營企業正在進行量子傳感技術的商業化並取得成果。
今年5月，英國科學、創新和技術部宣布，由量子技術企業Infleqtion、QinetiQ研究實驗室和防務巨頭貝宜系統公司組成的研發團隊，已在飛機上成功演示了基於量子的慣性導航系統。這是全球首次公開展示此類技術的飛行演示，標誌著量子導航技術向實際套用邁出了重要一步。
這一測試是英國國家量子戰略「任務4」的一部份，該戰略的目標是到2030年在飛機上部署量子導航系統。2023年，英國海軍已成功進行了一次量子導航系統測試，該系統使一艘船能夠在沒有GPS的情況下知道其在世界任何地方的精確位置。
業界人士表示，在量子技術的各種套用中，量子傳感器目前最接近實用，也是大國競相研究的目標，這給中國在量子傳感技術產業化研發帶來啟迪與思考。
中國展現發展潛力
在全球技術競賽中，中國展現出強勁的創新能力和發展潛力。近年來，中國在量子傳感的精度和套用廣度上取得了顯著進展：已實作高精度原子鐘的自主研發，成為世界上少數可以自行研發並制造原子鐘的國家；自主研發的原子重力儀主要效能參數國際領先；還完成了量子雷達的原型機研發。
國務院此前釋出【計量發展規劃(2021—2035年)】提出，「重點開展量子精密測量和傳感器件制備整合技術、量子傳感測量技術研究」，並多次提到量子傳感技術的研究重要性。目前，中國量子傳感器研發主要集中於大型國家機構、高校等。
在談到如何透過產學研一體化加速量子傳感落地套用時，孫方穩說：「量子傳感從實驗室階段到套用環節再到產業化是有一段路要走的，各個環節都要發揮各自優勢，同時相互配合協同發力。頭部科研院所應更加聚焦基礎研究，這個環節上必須自力更生，沒有捷徑可走；行業學會、工科院校可以密切關註基礎研究成果如何與行業、教學實際相結合，主動向頭部單位提出合作需求，從而真正提高從實驗室到套用落地的速度；最後是產業端要加大力度將可實作落地的套用加速產品化，加快推向市場。」
安徽省國盛量子科技有限公司董事長趙博文認為，量子傳感技術有廣泛發展空間。在落地方面，首先應該是進一步推動量子傳感產品向小型化、整合化發展，讓量子傳感技術能套用到更多的場景中；其次可以按照行業的具體需求，專註於生產專業性的量子傳感產品；最後隨著國內工業水平精度的不斷提高，要做好產品叠代，適應並服務於新質生產力發展。
來源：新華社客戶端
