校准实验室应对计量量子化等新技术的现状及前景分析

校准实验室应对计量量子化等新技术的现状及前景分析

摘要：
本文深入分析了国际计量量子化技术的发展态势，系统研究了我国在该领域的现状，并预测了计量量子化对我国校准实验室产生的长远影响。文章指出，计量量子化将推动计量溯源体系向扁平化、远程化方向发展，促进校准工作的数字化、信息化与自动化转型，这将对传统校准实验室的运营模式构成巨大冲击。为此，建议中国合格评定国家认可委员会（CNAS）及各大校准实验室加强人员技能培训，提升数据处理与软件开发能力，积极开展远程校准、自动校准等新技术研究，并完善移动校准实验室的评审要求，以主动适应这场深刻的技术变革。

• 国际计量量子化技术发展概况
  美国、欧洲、英国、日本等科技强国早已将量子技术纳入国家战略核心。美国通过《国家量子倡议法案》等政策大力推动量子信息科学；欧盟启动量子技术旗舰计划，涵盖通信、传感、计算等领域。目前，量子计量技术凭借高精度、高稳定性及芯片化优势，已在时间频率、真空测量、电流单位复现（单电子隧道效应）、电阻标准（石墨烯量子霍尔电阻）等方面取得突破性进展，展现出颠覆传统计量标准的潜力。
• 我国计量量子化现状
  我国积极参与国际单位制（SI）重新定义，在普朗克常数、玻耳兹曼常数等基本物理常数测定上成果显著。
  时间基准：NIM5铯原子喷泉钟性能达到国际先进水平，参与国际原子时驾驭。
  温度基准：独创两种独立方法复现开尔文新定义，测量结果全球最佳。
  质量基准：“能量天平”方案测定普朗克常数，不确定度达到国际领先梯队。
  物质的量基准：浓缩硅摩尔质量测量在国际比对中取得优异成绩。
• 计量量子化对校准实验室运作的影响
  计量量子化将打破现有的层级式溯源体系，实现“扁平化”。
  模式变革：校准将从“1对1”转变为“1对n”甚至“n对n”，大数据与云计算成为必需。
  技术冲击：量子基准可跨环节直接溯源至工作计量器具，中间计量机构可能被替代，传统外部校准可能部分被设备内部自校取代。
  现实挑战：虽然前景宏大，但目前仅在少数领域应用，大部分领域仍需依赖传统量传方式，且量子基准的普及成本与技术成熟度尚需时间。
• 长远影响与发展方向
  未来校准实验室将向数字化、信息化、自动化和智能化转型。
  远程校准：利用卫星导航、互联网技术实现时间频率、流量等参数的远程校准，关键在于芯片化、数据安全与环境可控性。
  自动校准：广泛应用于数字多用表、流量计等各类仪器，核心在于软硬件的自动控制与结果采集，对人员的编程与系统维护能力提出新要求。
  人员转型：从业人员将从单纯的操作者转变为系统的管理者与维护者，需加强计算机能力与量子理论知识培训。
• CNAS认可制度与评审方式的适宜性
  现行CNAS认可制度对移动校准实验室已有涵盖，但对远程校准和自动校准尚需细化。
  建议措施：补充针对远程校准（网络安全、数据传输）和自动校准（软件可靠性）的特殊评审要求。
  评审重点转移：从传统的流程管理转向对技术、设备、系统本身可靠性的评审，未来可探索3D远程评审技术。
  能力建设：亟需填补对计量软件、程序及数据传输安全性测评能力的空白。
  

结语：
计量量子化开启了精准测量的新纪元，将极大提升校准效率与准确度，实现全球一体化的计量校准模式。然而，这也意味着传统校准实验室将面临业务弱化、依赖度降低甚至裁员的严峻挑战。校准行业必须主动顺应潮流，加大技术投入，推进精密测量与溯源技术的革新，方能在变革中立于不败之地。

作者：罗新元，卫作之，周婉迪
原文出处：《工业计量》2023年第33卷第6期，文章原名：《校准实验室应对计量量子化等新技术的现状及前景分析》