量子精密测量产业发展报告（65页）

行业报告下载 2022年06月29日 16:27 管理员

量子精密测量是对物理量的高精度、高灵敏度的测量方法和技术应用，目标是实现单量子水平的极限探测、精准操控和综合应用。精密测量是获取物理量信息的源头，随着量子光学、原子物理学等领域的发展，诺贝尔物理学奖成果的推动，以及国际计量单位 7 个基本物理量实现“量子化”，精密测量已经进入量子时代量子精密测量技术要求拥有对量子态进行操控和测量的能力，利用量子态进行信息处理、传递和传感。测量过程中的几个重要环节是：通过控制信号将量子体系调控到特定的初始化状态，与待测物理量相互作用后会导致量子体系的量子态发生变化，直接或间接测量最终的量子态，再将测量结果处理转换成传统信号输出, 获取测量值。量子精密测量的实用化产品是量子传感器。量子传感器可以产生关于电信号、磁异常和惯性导航的非常精确的信息。传感器背后的量子技术物理实现方式目前主要有以下五种。一种物理实现方式可以为不同的被测物理量提供技术支撑，例如，冷原子干涉可以用于测量磁场、惯性、时间。

在实际应用中，可能需要不同的技术进行组合，达到最佳效用，例如，量子惯性导航由加速度计、陀螺仪、原子钟三种不同类型的传感器组成。本节进展主要关注学术领域，观察期为 2021 年 1 月至 2022 年 4 月。总结来看，学术进展类型多样化，内容涉及精度提高、新技术探寻、技术应用验证等。收录的 20 条学术进展中，涉及时间（原子钟、光钟、时频）的有 4 条；涉及生物医疗（视网膜、脑磁图、新冠病毒检测、细胞荧光标记）的有 4 条；涉及金刚石氮空位色心的有 3 条，其中 1 条为医疗中的新冠病毒检测；其余进展涉及海森堡极限、新方法提高灵敏度、原子探测、量子气体成像、原子蒸汽、核磁共振、重力梯度仪、光腔等。原子钟为国际时间测量和频率标准提供依据，也为其他基本物理量测量、物理常数定义和物理定律检验提供标准。原子钟精度的提高带动基本物理量等的精度提高，促进新物理发现和科学技术进步。微波原子钟技术已应用多年，当前主要有两个发展方向：追求更高精度、实现更小体积。例如，小型化通常以较低的频率精度为代价。当前，基于原子喷泉或热原子束的原子钟和磁状态选择原理可以达到相对的不确定性~10-15至 10-16，最先进的芯片大小的原子钟具有不确定性 2×10-12。

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