苦科学仪器巨头垄断久矣！量子传感有望革故鼎新

MEMS 2022-03-01 00:00

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编者按

“遇事不决，量子力学。”这句谑语的背后，隐喻着量子力学这一前沿科技在公众面前的深奥与神秘。然而，尽管看似遥不可及，量子科技——尤其是量子信息产业化的步伐已然开启，并逐渐形成了量子精密测量（量子传感）、量子保密通信、量子计算三大赛道，其间也难免滋生出一些“鱼目混珠”的乱象。

为还原量子科技产业化真相，《中国科学报》通过走访科学家、创业者和投资方，推出系列报道，深入探究上述三大赛道的技术现状、产业前景等。

2016年12月底创立，5年时间融资5轮，最近一轮（C轮）融资数亿元人民币，估值达70亿元，这家公司就是国仪量子——孵化自中国科学技术大学的量子精密测量仪器产业初创公司。

讯飞创投投资总监孙啸天忆起对国仪量子的投资，至今犹记当年的兴奋。2018年3月，该投资团队到国仪量子沟通参与A轮融资，4月底就完成了投资决策：作为A轮领投方，讯飞创投给这个当时创立仅1年多的团队投出4000万元。

这些数字的背后，是量子精密测量技术落地应用所带来的无限魅力。

量子钻石原子力显微镜国仪量子供图

打开微观世界的一把钥匙

贺羽，年轻的“90后”创业者，曾就读于中国科学技术大学少年班。2016年从中国科学技术大学杜江峰院士团队出来创办国仪量子时，已经是他第三次投身创业，“该掉的坑都掉过了，在国仪量子倒不觉得有什么不顺”。

“量子传感器是人类能研制的最‘小’的传感器。”贺羽向《中国科学报》介绍，“最小意味着它能测量一些我们用现代仪器测不到的信号，比如微弱的磁场、神经元放电、血液中的分子标识物等等，它是打开微观世界的一把钥匙。”

物质的电磁场、温度、压力等与量子体系发生相互作用后会改变其量子状态，而通过对这些变化后的量子态的检测，就能实现对物质环境参数的高灵敏度测量。量子精密测量就是基于量子力学基本特性——如量子相干、量子纠缠、量子统计等，实现对物理量测量的一项技术。如今量子态操控技术已趋成熟，量子精密测量的精度也大幅提高。

简单的理解就是，由电子、光子、声子等构筑的量子体系就像是一把高灵敏度的尺子，借助它就可以实现对诸如压力、温度、磁场乃至时间等各物理量更精密的测量，因此又称“量子传感”。

不仅如此，量子纠缠还可以进一步提高测量灵敏度。

假设让N个“量子尺子”的量子态处于一种纠缠态上，外界环境对这N把量子尺的作用就会相干叠加，那么最终的测量精度相对单量子尺将提高N倍。这样的精度突破了经典力学的散粒噪声极限，并提高了倍数，是量子力学理论范畴内所能达到的最高精度——海森堡极限。

“换道超车”的机会

基于量子精密测量技术研制的仪器，相比一些传统科学仪器是“降维打击”，因为科学仪器天然追求更高灵敏度和更高精度。这在贺羽看来，给了国产科学仪器研制“换道超车”的机会。

高端科学仪器是科学研究、工程探测、医疗诊断等不可或缺的重要工具，但由于精密仪器技术要求高、制造难度大，全球范围内只有来自发达国家的仪器巨头如赛默飞世尔、岛津、罗氏诊断、布鲁克等具有完善的供货能力，处于垄断地位。

而高端仪器长期以来依赖进口，让包括中国在内的许多国家不得不付出高价的同时还要仰人鼻息，可谓“天下苦垄断厂商久矣”。

量子精密测量技术在科学仪器方面的落地应用，正在改变这一尴尬现状。“我们研制的不少仪器一经推出就是‘世界首台’，不仅树立了国仪量子的品牌，也奠定了国产高端仪器打破国外科学仪器巨头垄断的基础。”贺羽说。

贺羽形容量子精密测量仪器是一个“鼎新带动革故”的创业赛道。他介绍，基于量子精密测量技术，国仪量子瞄准高端仪器市场缺口，锚定人有我优、人无我有的“为国造仪”理念，展现了新技术的竞争力。

2018年10月，国仪量子发布的国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪，自主创新多项核心技术，填补国内空白，突破国际禁运，并在关键性能指标上实现超越；2019年11月，国仪量子发布世界首台量子钻石原子力显微镜，能“看到”纳米级的微小结构，在量子科学、化学与材料科学及生物和医疗等领域有着广泛应用前景。

目前，国仪量子已经具备多款量子传感器从研发到生产的核心能力，一些仪器设备甚至开始销往美国、澳大利亚等发达国家，销售额逐年翻番。贺羽透露，2021年国仪量子订单总金额轻松跨过2亿元关口，2022年有望突破4亿元。

还只是冰山一角

尽管订单数量节节攀升，但贺羽也坦承，国仪量子所撬开的量子传感仪器市场还只是冰山一角。

“一方面，量子精密测量技术相对传统测量仪器是降维打击，存量市场潜力很大；另一方面，量子测量还有许多待发掘的市场应用场景，新需求会不断诞生。”贺羽说，他们现在每年要拿出营收费用的40%左右用于研发投入，除技术创新研发外，还开展场景创新研发，一些新应用场景的仪器也在做预研或规划。

国仪量子并非量子精密测量技术产业化的独行者。放眼全球，瑞士量子传感解决方案开发商Qnami就是一家与国仪量子旗鼓相当的竞争对手。后者专注于量子显微镜系统市场，并已有多款产品在材料研究领域推出。

此外，一些传统仪器仪表巨头也在相关细分领域开始采用量子精密测量技术，并开展相应产品的研制或指定产品的研发计划。

如美国传统制造商洛克希德·马丁公司就有专门的研究小组，探索研制和使用量子传感器解决全球导航卫星系统的信号干扰问题；德国工业巨头博世集团目前正着手探索量子精密测量技术在汽车传感上的应用——2月18日，博世集团刚刚通过其官方发布渠道宣布成立全新初创团队，旨在将量子传感器商品化。

环顾国内，类似国仪量子这样的初创企业并不多，但我国已有或已开展量子精密测量技术开发的研究团队也不在少数。

比如，2021年3月，位于浙江的之江实验室就曾宣布，其于2019年7月正式立项的量子精密测量大科学装置完成了“里程碑节点成果验收”。公开信息显示，该装置基于光动量效应，探索集中在高精度力学量的量子传感技术方向，上述成果的取得“为力学量量子传感技术发展奠定了扎实的基础”。

再如，中国科学技术大学教授卢征天团队，曾提出原子阱痕量分析方法、自主研发基于激光冷原子阱技术痕量同位素分析实验装置，并将其创造性地应用于环境样品中稀有同位素的探测，进而用于为古地下水与冰川定年。

“我们只是众多量子精密测量技术应用中的一个例子，它的空间是很广阔的，技术应用也日新月异。”卢征天在接受《中国科学报》采访时说，量子精密测量常应用于时间、质量、温度等物理量的测量，原子钟就是一个“明亮的例子”，借助量子技术，原子钟的计时准确度达到了理论最高水平。

卢征天提到的这一技术在市场上亦有应用落地。记者查询公开信息获悉，我国原子钟、时间同步设备和系统主要供应商“天奥电子”就主营时间频率产品等的研发设计、生产销售，其营收中有近57%来自频率系列产品、42%来自时间同步系列产品。值得一提的是，作为“量子科技概念股”，天奥电子自2018年9月3日在A股上市以来，股票涨幅达274%。

乘“东风”，工程队伍是关键

量子精密测量的政策“东风”，也吹得正劲。

1月28日，国务院发布《计量发展规划(2021—2035年)》(下文称《规划》)，提出在2035年建成以量子计量为核心、科技水平一流、符合时代发展需求和国际化发展潮流的国家现代先进测量体系。

《规划》重点介绍了对于计量基础研究、计量应用、计量能力建设与计量监督管理的整体要求。在专栏2“计量基础理论与核心技术研究”中，《规划》提出，要“重点开展量子精密测量和传感器件制备集成技术、量子传感测量技术研究”。

从《规划》的措辞和篇幅设置中可以看出，量子精密测量技术和高端仪器国产化在其中扮演着重要角色。

作为以量子精密测量为核心技术、高端科学仪器为主营产品的高新技术企业，国仪量子表态要抓住国家战略机遇，“将面向世界科技前沿和国家重大需求，加大关键核心技术攻关力度，为提高国家科技创新能力、促进经济社会高质量发展贡献力量”。

谈及未来发展，贺羽告诉记者，量子测量技术成果要想落地，工程化人才队伍建设是关键，“这是练内功的过程”。目前，国仪量子研发队伍中，有70%是工程化人才。

国仪量子是高瓴资本布局量子技术赛道的第一个入口，后者领投了国仪量子的B轮融资。高瓴资本看中的是创业团队不仅有“根正苗红的量子技术”，还拥有技术落地能力，“有望发展成为量子信息和科学仪器行业龙头企业”。

“仪”路前行，贺羽表示欢迎国内更多初创团队加入这个赛道中来，“量子精密测量技术的转化落地空间足够大、蛋糕也够大，更多队伍的加入，只会让我国高端科学仪器品牌越来越强”。

（来源：中国科学报）

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