量子计量与测试技术发展综述

量子计量与测试技术发展综述

一、引言
量子计量与测试是量子物理学与计量学结合的新兴领域，旨在利用量子现象复现计量单位，推动计量标准由实物标准向自然标准过渡。传统量值传递体系存在不确定度损失、复现困难等问题，而基于微观粒子量子态的计量标准在重复性、稳定性、精度及灵敏度等方面具有显著优势，标志着计量技术全面进入“量子时代”。

二、形成与发展历程
2019年5月20日，国际单位制7个基本单位重新定义实施，标志着全球计量体系正式从经典物理实验标准向“量子标准”变革。各国纷纷将量子计量纳入国家发展战略。我国在《计量发展规划（2021—2035年）》等政策中明确提出建立以量子计量为核心的国家现代先进测量体系，推进计量标准升级换代。

三、原理及核心优势
量子计量利用粒子能级跃迁、量子自旋、量子纠缠等特性，突破传统测量的散粒噪声极限，达到海森堡极限。其核心优势包括：

• 超高精度：在时间、频率、电磁场等物理量测量上远超经典手段。
• 高稳定性：量子特性不随时间、空间改变，不受外界因素干扰。
• 抗干扰能力强：可抵抗特定噪声，提升测量可靠性。
  

四、主要应用领域
[1]国防领域
赋能军事装备智能化，解决敏感器件探测极限问题；构建绝对安全的量子密码体制；提升导航定位精度，实现无卫星校正的惯性导航；加速战场数据并行处理与分析；显著提升态势感知能力。

[2]科研领域
全球主要科技强国均加大投入。我国在高精度铷原子频标、冷原子重力计、光频标等领域取得突破，中国计量科学研究院、中科院、清华、北大等机构建立了相关实验室，部分成果已应用于卫星工程。

[3]工业及生活领域
量子测量是量子科技中市场化最快的领域。国外已推出商用冷原子重力仪、原子钟等产品。国内在量子时频同步、原子钟等领域较为成熟，国耀量子、国仪量子等企业在激光雷达、量子传感器方面实现商业化落地，广泛应用于生物医疗、能源勘探及材料科学。

五、未来发展趋势

• 量子时频：向高性能、便携式、低功耗发展，光钟将成为下一代核心产品。
• 量子磁场：追求更高灵敏度与带宽，推动计量溯源模式变革。
• 量子重力：趋向小型化、低成本，拓宽动态测量应用场景。
• 量子惯性：冷原子干涉加速度计与陀螺仪向高精度、高可靠性迈进。
• 目标识别与电场测量：量子雷达采用“经典 - 量子双通道”，里德堡原子天线向高灵敏度发展。
• 软件算法：融合深度学习与强化学习，提升系统自适应性与实用性。
  

六、结语
量子计量打破了全球量值传递的单极源头局面，正在赋能各行各业。随着研究水平提升，我国量子计量与测试技术将在科学研究、经济发展及国家安全等重大战略需求中发挥关键作用。

文章作者：刘强、龚鲲鹏、赵晓楠、吴谦
文章原名：量子计量与测试技术发展综述