世界上最小的传感器有多小?什么是量子科技?一文了解
量子科技除了是我国未来产业的重要发展趋势之一,也是会颠覆未来的新兴科技。
近年来,我们国家量子科技领域创新成果不断涌现。你可能想象不到,世界上最小的传感器能达到人类头发丝的十万分之一到百万分之一。别看它小,却和我们现代科技发展息息相关。
量子技术,是以量子力学的基本原理为基础,利用量子叠加、量子纠缠、量子不可克隆等特性,来实现量子计算、量子通信和量子测量。
面向这一未来,中国已迈出关键步伐。2025年3月,我国自主研发的量子计算原型机“祖冲之三号”问世,刷新超导体系全球量子计算优越性新纪录。
2025年7月,我国科研团队打造出“纳米双光子工厂”,制备出保线%的新型量子纠缠光源,为更先进的量子应用奠定关键基础。
在通信领域,科研团队成功构建300公里级的量子直接通信网络,验证了长距离高安全通信的可行性。
国仪量子团队的所在地在安徽合肥高新区量子科技和产业中心,在这里10平方公里的范围内,集聚了量子产业链60多家企业,也被称为“量子大道”。和国仪量子一街之隔,就是我国一个量子技术的示范应用场景——全球首个量子应用示范变电站,应用了这些精密量子传感器后,变电站有哪些升级?
央视记者 张春玲:这里是位于安徽合肥的世界首座量子应用示范变电站,在这里一共运行了18类85种与量子技术相关的产品和设备。如此微观的量子是如何与这么宏观的变电站去结合的?单光子气象雷达监测设备,通过向空中发射出激光,接收到单光子信息,来对周边15公里的气象情况进行精准预测。输电的电杆上也安装了一个量子相关的姿态传感器,它可以精准感知地球磁力万分之一的敏感信息,从而精准地判断出这个电杆是否发生了位移,以确保整个变电站的系统安全。
走进这里,仿佛走进了一个未来变电站。量子通信保障着电力信息的传输安全,量子计算进行着电力接点间的动态数据计算,量子精密测量则展示了纳米精度的超小芯片在感知方面的超强本领。
电力量子感知安徽省重点实验室 赵龙:这是我们的量子点多参量传感器,它里面有温湿度传感器,有超声波传感器,有紫外传感器,另外还有臭氧、VOC氮氧化物这种气体传感器,它可以同时多个维度去监测开关柜里面的实时状态,它的灵敏度能够达到0.01个ppm,相当于在一个游轮上去找一粒沙子。
电力量子感知安徽省重点实验室 赵龙:未来其实有很多测量的传感器都会逐步被量子传感器所取代,这样我们不但测得准,而且体积、成本都会大幅度降低,这对电力系统的意义就很重大的。
量子科技的三大主要使用在包括,量子计算、量子通信和量子精密测量。去看一台我国比特数最高的超导量子计算机,它有什么超能力?
在安徽合肥的这间实验室,记者看到一台正在运行的量子计算机,它有504个比特,是目前我国比特数最高的超导量子计算机。那么,比特是什么呢?
在传统电子计算机里,基本的计算单位就是比特,也就是二进制中的0和1。在量子计算中,基本计算单位是量子比特,量子叠加态原理使得每个量子比特同时表示0和1,于是,在相同比特位数下,量子比特的容量和计算效率都是经典比特的2的N次方倍。哪怕只有几百个量子比特,其潜在算力也可能远超当今所有超级计算机。
中电信量子集团云网安全部总经理 查子龙:比如说我们对于降水预测的一些探索,证明了未来用量子计算来构建气象预测模型的可行性。包括像信息安全、密码破译,通过我们的量子计算机,已能实现20位左右的密码一个破译。未来的某个时刻,真正的完成通用化是有无限可能的。
不过,这些应用目前还处在探索验证阶段。量子计算距离真正稳定可控,还有不小的差距,要走进实际应用场景,还要一直探索。
量子计算的发展,对现有的信息加密体系提出了前所未有的挑战。如今,在北京量子信息科学研究院,科研团队正测试一种全新的量子通信技术。它就像一只极其灵敏的“耳朵”,能捕捉到极其微弱的量子信号,而一旦有人试图窃听,这个信号就会瞬间“自毁”,确保信息的绝对安全。
眼下,他们正在进行的,就是无线量子传输的实验验证。未来,这项技术将进一步拓展到星地通信,实现更远距离的量子传输,并最终构建起一个覆盖全球的安全信息网络。
2024年,在工信部等七部门联合印发的《关于推动未来产业创新发展的实施建议》中,提出制定未来产业高质量发展规划,开辟量子技术、生命科学等新赛道,创建一批未来产业先导区。近年来,围绕这一前沿方向,各地依托自身优势,加速构建差异化产业生态。
合肥是国内量子科学技术创新发展的重要策源地,目前已建成“量子大道”等量子科技特色园区和集聚带,预计到2027年将量子产业打造成百亿级产业集群。
北京今年7月发布有关政策规划,提出设立量子产业创业孵化器,加速量子技术实用化进程。
上海围绕量子计算进行“赛马制”布局,同步推进多团队的研发,加快技术创新和产业培育。
深圳近年来相继打造了大湾区量子科学中心、“量子谷”等产业平台,完善产业链发展。

