中國科學報丨量子傳感：“鼎新帶動革故”

來源：中國科學報    記者：趙廣立

國儀量子推出的量子鉆石原子力顯微鏡

2016年12月底創立，5年時間里融資5輪，最近一輪（C輪）融資數億元人民幣，并于2021年被評為“獨角獸企業”，這家公司就是國儀量子——孵化自中國科學技術大學的量子精密測量儀器產業初創公司。

訊飛創投的投資總監孫嘯天憶起對國儀量子的投資，至今仍能感受到當年的興奮。2018年3月，投資團隊到國儀量子溝通參與A輪融資，4月底就完成了投資決策：作為A輪領投方，訊飛創投給這個當時創立僅1年多的團隊投出4000萬元。

這些數字的背后，是量子精密測量技術落地應用所帶來的無限魅力。

中國科學報報道版面

賀羽，年輕的90后創業者，曾就讀于中國科學技術大學少年班。2016年從中國科學技術大學杜江峰院士團隊出來創辦國儀量子時，已經是他第三次投身創業：“該掉的坑都掉過了，在國儀量子倒不覺得有什么不順。”

“量子傳感器是人類能研制的最‘小’的傳感器。”賀羽向《中國科學報》介紹：“最小意味著它能測量一些我們用現代儀器測不到的信號，比如微弱的磁場、神經元放電、血液中的痕量標識物等等，它是打開微觀世界的一把鑰匙。”

物質的電磁場、溫度、壓力等物理量與量子體系發生相互作用后會改變其量子狀態，而通過對這些變化后的量子態的檢測，就能實現對這些物理量的高靈敏度測量。量子精密測量就是基于量子力學基本特性——如量子能級、量子疊加、量子糾纏等，實現超越經典極限的一項測量傳感技術。如今，隨著量子信息技術水平的整體提升，量子態操控技術已趨成熟，量子精密測量的應用水平也大為提高。

簡單的理解就是，由電子、光子、聲子等微觀載體構筑的量子體系就像是一把高靈敏度的尺子，借助它就可以實現對諸如時間、壓力、溫度、磁場乃至重力等各物理量更精密的測量，因此又稱“量子傳感”。

并且，利用量子糾纏或者量子態壓縮，還可以進一步提高測量靈敏度。

例如，讓N個“量子尺子”的量子態處于一種糾纏態上，待測量信號與這N把量子尺的作用就會相干疊加，信號將隨著被量子相干效應實現N的平方根放大倍數的“增強”，這樣的測量精度就會突破經典力學的散粒噪聲極限，接近量子力學理論范疇內所能達到的最高精度——海森堡極限。 

基于量子精密測量技術研制的儀器，相比一些傳統科學儀器是“降維打擊”，因為科學儀器天然追求更高靈敏度和更高精度。這在賀羽看來，給了國產科學儀器研制“換道超車”的機會。

高端科學儀器是科學研究、工程探測、醫療臨床等不可或缺的重要工具，但由于精密儀器技術要求高、制造難度大，全球范圍內只有來自發達國家的儀器巨頭如賽默飛世爾、島津、羅氏診斷、布魯克等具有完善的供貨能力，且處于壟斷地位。

而高端儀器長期以來依賴進口，讓包括中國在內的許多國家不得不付出高價購買的同時還要仰人鼻息，可謂“天下苦壟斷廠商久矣”。

量子精密測量技術在科學儀器方面的落地應用，正在改變這一尷尬現狀。“我們研制的不少儀器一經推出就是‘世界*’，不僅樹立了國儀量子的品牌，也奠定了國產高端儀器打破國外科學儀器巨頭壟斷的基礎。”賀羽對《中國科學報》說。

賀羽形容量子精密測量儀器是一個“鼎新帶動革故”的創業賽道。他介紹說，基于量子精密測量技術，國儀量子瞄準高端儀器市場缺口，錨定人無我有、人有我優的“為國造儀”理念，展現了新技術的競爭力。

2018年10月，國儀量子發布的*臺脈沖式電子順磁共振波譜儀，自主創新多項核心技術，填補國內空白，突破國際禁運，并在關鍵性能指標上實現超越；2019年11月，國儀量子發布世界*量子鉆石原子力顯微鏡，能“看到”納米級的微觀磁結構，在量子科學、化學與材料科學以及生命科學和醫療等領域有著廣泛的應用前景。

目前，國儀量子已經具備了多款量子傳感器從研發到生產的核心能力，一些儀器設備甚至開始銷往美國、澳大利亞等發達國家，銷售額也逐年翻番。賀羽透露，2021年國儀量子訂單總金額已跨過2億元關口，2022年有望實現翻番增長。

盡管訂單數量節節攀升，但賀羽也坦承，國儀量子所撬開的量子傳感儀器市場還只是冰山一角。

“一方面，量子精密測量技術相對傳統測量儀器是降維打擊，存量市場潛力還很大；另一方面，量子精密測量還有許多待發掘的市場應用場景，新的需求還會不斷地誕生，增量市場藍?？善?。”賀羽說，他們現在每年要拿出占營收約40%的費用用于研發投入，除技術創新研發投入外，還開展場景創新研發，一些新應用場景的儀器也在做預研或規劃。

國儀量子也并非量子精密測量技術產業化的獨行者。放眼全球，瑞士量子傳感解決方案開發商Qnami就是一家與國儀量子旗鼓相當的競爭對手。后者于2017年從巴塞爾大學物理系創立，專注于量子顯微鏡系統市場，并已有多款產品在材料研究領域推出。16年孵化于ULM大學的量子增強成像技術開發商NVision，致力于將量子傳感技術應用于醫療領域的分子診斷，開發新一代功能核磁成像裝置。

此外，一些傳統儀器儀表科技巨頭也在相關細分領域開始采納量子精密測量技術，并開展相應產品研制或制定產品研發計劃。

如美國傳統制造商洛克希勒馬丁公司，有專門的研究小組，探索研制和使用量子傳感器解決全球導航衛星系統的信號干擾問題；蔡司在開展基于量子弱磁傳感器在腦科學研究、腦機接口方向的潛在應用。德國工業巨頭博世集團，目前正著手探索量子精密測量技術在汽車傳感上的應用——2月18日，博世集團剛剛通過其發布渠道宣布成立全新初創團隊，旨在將量子傳感器商品化。

環顧國內，類似國儀量子這樣的初創企業并不多，但我國已有或已開展量子精密測量技術開發的研究團隊也不在少數。

比如，2021年3月，位于浙江的之江實驗室就曾宣布，其于2019年7月正式立項的量子精密測量大科學裝置完成了“里程碑節點成果驗收”。公開信息顯示，該裝置基于光動量效應，探索集中在高精度力學量的量子傳感技術方向，上述成果的取得“為力學量量子傳感技術發展奠定了扎實的基礎”。

再如，中國科學技術大學教授盧征天團隊，曾提出原子阱痕量分析方法、自主研發基于激光冷原子阱技術痕量同位素分析實驗裝置，并將其創造性地應用于環境樣品中稀有同位素的探測，進而用于為古地下水與冰川定年。

“我們只是眾多量子精密測量技術中的一個例子，它的空間是很廣闊的，技術應用也日新月異。”盧征天在接受《中國科學報》采訪時說，量子精密測量比較常見應用與時間、質量、溫度等物理量的測量，原子鐘就是一個“明亮的例子”，借助量子技術，原子鐘的計時準確度達到了理論最高水平。

盧征天這一技術在市場上亦有應用落地。記者查詢公開信息獲悉，我國原子鐘、時間同步設備和系統主要供應商“天奧電子”就主營時間頻率產品等的研發設計、生產銷售，其營收中有近57%來自頻率系列產品、42%來自時間同步系列產品。值得一提的是，作為“量子科技概念股”，天奧電子自2018年9月3日在A股上市以來，股票漲幅達274%。

量子精密測量的政策“東風”，也吹得正勁。

2022年1月28日，國務院發布了《計量發展規劃(2021—2035年)》(下文稱《規劃》)，提出在2035年建成以量子計量為核心、科技水平一流、符合時代發展需求和國際化發展潮流的國家現代先進測量體系。

《規劃》重點介紹了對于計量基礎研究、計量應用、計量能力建設與計量監督管理的整體要求。在專欄2“計量基礎理論與核心技術研究”中，《規劃》提出，要“重點開展量子精密測量和傳感器件制備集成技術、量子傳感測量技術研究”。

從《規劃》的措辭和篇幅設置中可以讀出，量子精密測量技術和高端儀器國產化在其中扮演著重要的角色。

作為以量子精密測量為核心技術、高端科學儀器為主營產品的高新技術企業，國儀量子表態要抓住國家戰略機遇：“將面向世界科技前沿、堅持面向經濟主戰場、堅持面向國家重大需求、堅持面向人民生命健康，加大關鍵核心技術攻關力度，為提高國家科技創新能力、促進經濟社會高質量發展貢獻力量。”

談及未來發展，賀羽告訴記者，量子測量技術的成果落地，工程化人才隊伍建設是關鍵。“這是練內功的過程”。目前，國儀量子研發隊伍中，有70%是工程化人才。

國儀量子是高瓴資本布局量子技術賽道的第一個入口，后者領投了國儀量子的B輪融資。高瓴資本看重的，也是創業團隊不僅有“根正苗紅的量子技術”，還擁有技術落地能力，“有望發展成為量子信息和科學儀器行業龍頭企業”。

“儀”路前行，賀羽表示歡迎國內更多初創團隊加入這個賽道中來：“量子精密測量技術的轉化落地空間足夠大、蛋糕也夠大，更多隊伍的加入，只會讓我國高端科學儀器品牌越來越強。”