2024量子精密測量產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

20242024全球量子精密測量產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望2024/02量子信息年度系列報告1序言作為第二年發(fā)布量子精密測量產(chǎn)業(yè)報告，2024版報告涵蓋了量子時鐘、量子磁力計、量子重力儀和量子雷達等技術(shù)與產(chǎn)品，由于2023版量子精密測量報告中我們已對這些主要技術(shù)進行過介紹，本次報告我們重點關(guān)注量子精密測量技術(shù)在過去一年中的主要進展及其對各個領(lǐng)域的影響。我們制作行業(yè)研究報告的目的，是為政策制定者、研究開發(fā)人員、商業(yè)人士等提供關(guān)鍵的信息參考，以及我們的觀點，以支持他們在這一迅速變化的技術(shù)和商業(yè)環(huán)境中做出明智的決策。本報告通過深入的技術(shù)評估和市場分析，呈現(xiàn)出量子精密測量領(lǐng)域當前狀態(tài)，以及未來發(fā)展趨勢的多維視角。我們從整機系統(tǒng)出發(fā)，系統(tǒng)的介紹了2023年不同量子測量技術(shù)或產(chǎn)品及其上游領(lǐng)域的具體進展，并針對其不同進展給出了未來發(fā)展方向的對應(yīng)預(yù)測。同時，本報告基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度給出了不同量子精密測量設(shè)備當前以及未來發(fā)展的具體應(yīng)用場景。下游市場的廣泛應(yīng)用不僅標志著量子對于精密測量與計量科學(xué)的巨大效用，對與行業(yè)中的供應(yīng)商來說，也預(yù)示著新的商業(yè)機會和挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本次報告中，我們更多地關(guān)注了量子精密測量技術(shù)的商業(yè)化進程，包括市場潛力，對行業(yè)應(yīng)用的展望，以及面臨的主要挑戰(zhàn)和機遇。我們相信，量子精密測量技術(shù)的發(fā)展將不僅僅是科學(xué)上的突破，更是逐漸改變我們社會生活方式的重要力量。我們期待與各位讀者共同見證量子技術(shù)在未來幾年中的變革和成就，也感謝大家對我們研究工作的關(guān)注和支持。ICV前沿科技咨詢總監(jiān)、高級副總裁：JudeGreen2聲明01本報告體現(xiàn)的內(nèi)容和闡明的觀點力求獨立、客觀，本報告中的信息或所表述的觀點均不構(gòu)成投資建議，請謹慎參考。02本報告旨在梳理和呈現(xiàn)2023年度內(nèi)全球與量子細分技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的重要事件，涉及數(shù)據(jù)及信息以公開資料為主，以及對公開數(shù)據(jù)的整理。并且，結(jié)合發(fā)布之時的全球經(jīng)濟發(fā)展狀態(tài)，對短期未來可能產(chǎn)生的影響進行預(yù)判描述。03本報告重點關(guān)注2023年1月1日至2023年12月31日間量子細分行業(yè)發(fā)生的相關(guān)內(nèi)容，以當?shù)貢r間報道為準，以事件初次發(fā)布之時為準。對同一內(nèi)容或高度相似內(nèi)容的再次報道，若跨年度，不視為2023年發(fā)生的重要事件。04本報告版權(quán)歸ICVTA&K和光子盒所有，其他任何形式的使用或傳播，包括但不限于刊物、網(wǎng)站、公眾號或個人使用本報告內(nèi)容的，須注明來源（2024全球量子精密測量產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望[R].ICVTA&K&光子盒.2024.02）。本報告最終解釋權(quán)歸ICVTA&K和光子盒所有。05任何個人和機構(gòu)，使用本報告內(nèi)容時，不得對本報告進行任何有悖原意的引用、刪減和篡改。未經(jīng)書面許可，任何機構(gòu)和個人不得以任何形式翻版、復(fù)制、發(fā)表、印刷等。如征得同意進行引用、轉(zhuǎn)載、刊發(fā)的，需在允許范圍內(nèi)。違規(guī)使用本報告者，承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。06本報告引用數(shù)據(jù)、事件及觀點的目的在于收集和歸納信息，并不代表贊同其全部觀點，不對其真實性負責(zé)。07本報告涉及動態(tài)數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)截至統(tǒng)計之時的情況，不代表未來情況，不夠成投資建議，請謹慎參考。3ixblueixblue致謝本篇報告由全球前沿科技咨詢機構(gòu)ICV邀請中國量子科技服務(wù)平臺光子盒聯(lián)合撰寫和發(fā)布。感謝包括但不限于以下公司給予技術(shù)和素材的支持：GenetesisTwinleaf45012023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽6第一章第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽7傳感器產(chǎn)業(yè)利潤傳感器產(chǎn)業(yè)利潤量子陀螺儀第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽012023年，量子精密測量領(lǐng)域呈現(xiàn)多樣性和分散性。各領(lǐng)域發(fā)展路線多元，從量子陀螺儀到量子電場強計、再到量子加速度計，各自處于不同階段，反映了科研進展和應(yīng)用需求的多元化。不同物理量的量子傳感器成熟度存在差異，量子陀螺儀尚未展現(xiàn)優(yōu)勢，量子電場強計相對成熟，差距反映了技術(shù)挑戰(zhàn)和商業(yè)應(yīng)用的不同情況。圖表2023年精密測量產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期示意圖量子電場強計量子電場強計量子加速度計量子重力儀量子磁力計量子增強雷達量子時鐘實驗室樣機演示階段專用級量子傳感器階段工業(yè)級量子傳感器階段消費變革期變革期證起步期起步期成長期成長期成熟期成熟期技術(shù)成熟度衰退期衰退期未來，不同量子傳感器之間的成熟度差異將逐步縮小，技術(shù)的不斷創(chuàng)新將成為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力，跨領(lǐng)域的合作將進一步加強，解決特定領(lǐng)域的技術(shù)難題，推動整個產(chǎn)業(yè)向成熟和商業(yè)化邁進。未來量子精密測量將進一步以技術(shù)創(chuàng)新、標準完善和市場擴展為主導(dǎo)，合作推動技術(shù)實用化，標準制定提高可比性，量子傳感器逐漸小型化和集成化推動產(chǎn)業(yè)鏈向前發(fā)展。各領(lǐng)域發(fā)展趨向協(xié)同，形成更完善的生態(tài)系統(tǒng)。技術(shù)突破將主導(dǎo)整體趨勢，跨領(lǐng)域合作解決技術(shù)難題，推動產(chǎn)業(yè)向成熟和商業(yè)化邁進，取得顯著成果。8中游整機賦能技術(shù)下游應(yīng)用GPSfraserhealthE3clevelandclinic第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽中游整機賦能技術(shù)下游應(yīng)用GPSfraserhealthE3clevelandclinic第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽02新版產(chǎn)業(yè)生態(tài)概覽圖較此前ICV發(fā)布版本，新增若干企業(yè)logo，在結(jié)構(gòu)上也做了新的調(diào)整。圖表量子精密測量產(chǎn)業(yè)生態(tài)概覽XImea【ceybold磁體/超導(dǎo)磁體磁體/超導(dǎo)磁體Diatopeoroli、GenetesisFieldLinebmpnamiMEGINTDKixblueaLTRamQDTI9第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽03量子精密測量技術(shù)在各領(lǐng)域的下游應(yīng)用市場展現(xiàn)出廣闊的前景。從2023年到2035年，不同領(lǐng)域?qū)τ诹孔泳軠y量的需求逐漸增長，呈現(xiàn)出多元化的應(yīng)用場景。首先，對于一些低市場規(guī)模的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)時頻管理、心理健康治療等，雖然市場規(guī)模相對較小，但量子精密測量的高精度和靈敏度為這些領(lǐng)域帶來了更為精準的數(shù)據(jù)和解決方案，為技術(shù)的逐步商業(yè)化提供了契機。特別是在老年癡呆癥治療、氣候變化對抗等領(lǐng)域，量子精密測量的精確診斷和數(shù)據(jù)采集能力將成為未來關(guān)鍵技術(shù)，推動這些領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。其次，隨著技術(shù)的不斷成熟，大規(guī)模商業(yè)化的領(lǐng)域也將在未來幾年逐漸崛起。例如，航空交通管制雷達、無衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域?qū)τ诟呔葴y量的需求逐漸增大，量子精密測量技術(shù)將在這些領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。而在深海探測、電池改良、智能駕駛等領(lǐng)域，量子精密測量的高靈敏度和高精度將成為技術(shù)突破的助推器，為產(chǎn)業(yè)的不斷升級提供動力。最后，2023年至2030年之間，量子雷達技術(shù)的應(yīng)用也將逐漸拓展。量子雷達的高分辨率和高靈敏度使其在國防安全、環(huán)境/能源監(jiān)測、航空交通管理雷達等領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。預(yù)計隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，量子雷達將在未來成為下一代雷達技術(shù)的重要組成部分。圖表精密測量產(chǎn)業(yè)應(yīng)用時間及市場規(guī)模概覽Gravity,accelerationGravity,acceleration02整機系統(tǒng)第二章第二章整機系統(tǒng)整機系統(tǒng)量子時鐘第二章量子時鐘第二章整機系統(tǒng)原子鐘作為一種相對成熟的量子精密測量產(chǎn)品，具有高度準確和穩(wěn)定的時間測量能力。目前光學(xué)原子鐘技術(shù)正迅速拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，涵蓋了鐵路移動通信、數(shù)據(jù)中心、國防和科學(xué)測量等多個行業(yè)。這一趨勢表明光學(xué)原子鐘不僅在科學(xué)實驗室中有著卓越表現(xiàn)，還逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用，為不同行業(yè)提供精準的時間測量和同步服務(wù)。銣鐘/銫鐘/氫鐘?Microchip發(fā)布的5071B型銫原子鐘可在失去衛(wèi)星信號后仍可提供保持長達數(shù)月100ns的精確時間；?AdtranOscilloquartz推出采用衛(wèi)星時間和定位技術(shù)的新同步解決方案可確保在衛(wèi)星信號中斷的情況下也能恢復(fù)功能。?中國首條芯片級原子鐘生產(chǎn)線在天津華信泰科技有限公司落成投產(chǎn)，年產(chǎn)能力可達3萬臺。?Infleqtion的原子鐘Tiqker榮獲軍事+航空航天電子創(chuàng)新者白金獎。該產(chǎn)品是一種原子頻率基準，具有在多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的潛力，包括智能電網(wǎng)、金融時間戳、科學(xué)測試等。?中國科大的研究團隊，成功研制了萬秒穩(wěn)定度和不確定度均優(yōu)于-18（相當于數(shù)十億年的誤差不超過一秒）鍶原子光晶格鐘。該成果對未來實現(xiàn)遠距離光鐘比對、建立超高精度的光頻標基準和全球性光鐘網(wǎng)絡(luò)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。在原子鐘的發(fā)展過程中，持續(xù)提升性能是關(guān)鍵的趨勢之一。針對光學(xué)原子鐘，不斷提高頻率穩(wěn)定性和延長保持時間是研究和發(fā)展的主要方向。這種性能提升旨在滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω呔群透L時間同步的需求，為用戶提供更可靠的時間基準。原子鐘技術(shù)在面對GNSS漏洞和網(wǎng)絡(luò)攻擊時的可靠性和安全性成為行業(yè)關(guān)注的焦點。隨著對全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的依賴增加，對其受到干擾和攻擊的擔(dān)憂也在上升。因此，原子鐘技術(shù)的發(fā)展不僅致力于提供更好的性能，同時也強調(diào)了在面對潛在威脅時確保系統(tǒng)的安全性。這促使研究人員和企業(yè)在技術(shù)升級和創(chuàng)新方面加大投入，以應(yīng)對日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)。銣鐘銫鐘氫鐘冷原子鐘優(yōu)劣勢光鐘子鐘第二章整機系統(tǒng)銣鐘銫鐘氫鐘冷原子鐘優(yōu)劣勢光鐘子鐘第二章整機系統(tǒng)銣、銫鐘是目前最成熟和最廣泛應(yīng)用的原子鐘技術(shù)，主要應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、軍事、通信等領(lǐng)域，市場規(guī)模較大，但由于其頻率穩(wěn)定性和準確度受到物理極限的限制，難以滿足未來更高的計時需求。光鐘是目前最先進和最高精度的原子鐘技術(shù)，主要應(yīng)用于科學(xué)研究、國家授時、量子信息等領(lǐng)域，市場規(guī)模較小，但由于其頻率穩(wěn)定性和準確度遠高于銣、銫原子鐘，有望成為未來重新定義秒的基礎(chǔ)。圖表量子時鐘產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀類型實驗室穩(wěn)定度*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖類型實驗室穩(wěn)定度*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖成熟的技術(shù)基礎(chǔ)；成熟的技術(shù)基礎(chǔ)；頻率穩(wěn)定性相對較低，體積大成熟的技術(shù)基礎(chǔ)；頻率穩(wěn)定性相對較低，體積大成熟的技術(shù)基礎(chǔ)；頻率穩(wěn)定性相對較低，體積大高頻率穩(wěn)定性、減少了相干失諧；復(fù)雜低溫環(huán)境極高精度；構(gòu)建和維護相對復(fù)雜，成本較高小型化、低功耗;長期精度方面較低型號：RIKENRIKEN型號：可搬運Sr光晶格原子鐘穩(wěn)定度：5.5X10-18目前原子鐘市場的發(fā)展方向主要受到多個因素的綜合影響，其中技術(shù)創(chuàng)新是推動市場發(fā)展的主要動力。在技術(shù)創(chuàng)新方面，原子鐘技術(shù)不斷取得突破，體現(xiàn)在以下幾個關(guān)鍵方面。首先，提高原子鐘的頻率穩(wěn)定性和準確度是技術(shù)創(chuàng)新的一個核心目標。通過不斷突破物理極限，原子鐘能夠滿足更高精度的計時需求，使其在各個領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。其次，降低原子鐘的體積、功耗和成本是另一個重要的技術(shù)創(chuàng)新方向。實現(xiàn)原子鐘的微型化、集成化和商業(yè)化將拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，使其更適用于便攜式、手持式設(shè)備等多樣化場景，同時提高市場規(guī)模。同時，開發(fā)新型原子鐘也是技術(shù)創(chuàng)新的重要方向。其中包括芯片級光學(xué)原子鐘、分子鐘等的研發(fā)，探索新的物理原理和技術(shù)途徑。這些新型原子鐘有望為未來原子鐘的發(fā)展提供全新的可能性，推動市場不斷向前發(fā)展。量子磁力計第二章量子磁力計第二章整機系統(tǒng)目前，量子磁力計領(lǐng)域呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展現(xiàn)狀。SQUID、OPM、SER計技術(shù)在醫(yī)學(xué)、量子導(dǎo)航、材料研究等領(lǐng)域都取得了顯著的進展。?Somfit的SQUID腦磁圖儀從美國食品和藥物管理局獲得批準，在美國上市；?漫迪醫(yī)療發(fā)布漫迪諦聽高靈敏度心磁圖儀設(shè)備靈敏度達5fT/Hz?,兼具高穩(wěn)定性和高動態(tài)范圍；通過研發(fā)AI智能分析模型，心磁圖分析診斷的準確度已?Genetesis公司推出的CardioFlux無創(chuàng)心磁圖儀，可識別心臟中的心肌缺血情況，對于冠狀動脈微血管疾病的非侵入性診斷具有重要意義?昕磁科技研發(fā)用于心肌缺血輔助診斷的心磁圖儀獲醫(yī)療器械注冊批準正式上市，設(shè)備靈敏度可達地球磁場強度的千萬分之一，可不接觸的感知心臟心肌電活動產(chǎn)生的極弱磁場信號在生理和病理狀態(tài)下的微弱變化?中科大與國家同步輻射實驗室團隊利用NV色心作為量子傳感器探測神經(jīng)元突觸的動態(tài)連接；?波士頓學(xué)院團隊使用NV色心磁場傳感器來成像光電流產(chǎn)生的局部磁場，并重建光電流的完整流線；?博世量子傳感（NV色心磁力計與量子陀螺儀）與斯圖加特展覽集團合作為參展商提供展示和應(yīng)用實例的論壇,目前公司已參與了8個量子傳感項目未來，量子磁力計技術(shù)將朝著多個方向不斷發(fā)展，推動其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。首先，磁力計的靈敏度和分辨率將成為關(guān)注的焦點，以滿足特定應(yīng)用需求。這包括更精確地探測微弱的磁場信號，尤其是在生理和病理狀態(tài)下的微弱變化，為科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷提供更為準確的工具。另一方面，多模態(tài)整合將成為未來發(fā)展的趨勢之一。量子磁力計可能會更加注重整合不同類型的磁力計技術(shù)，使其能夠適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用場景。這種整合有望提供更全面的信息，為研究者和醫(yī)生提供更多角度的數(shù)據(jù)，進一步豐富了解磁場變化的方式。隨著技術(shù)的成熟，便攜性與實用性將是量子磁力計發(fā)展的另一個關(guān)鍵方向。便攜化的磁力計設(shè)備將更容易在醫(yī)療、導(dǎo)航等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這樣的發(fā)展有望使量子磁力計成為實際場景中的實用工具，為移動診斷和實時監(jiān)測提供支持。智能分析與應(yīng)用也將貫穿未來的發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，量子磁力計設(shè)備將更加注重智能分析模型的研發(fā)。這一趨勢將提高數(shù)據(jù)處理效率和診斷準確度，使得磁力計在科研和醫(yī)學(xué)實踐中更具實用性。第二章整機系統(tǒng)第二章整機系統(tǒng)在當前量子磁力計市場中，技術(shù)多樣性是顯著的特點。各種技術(shù)，包括質(zhì)子磁力計、SQUID磁力計、OPM磁力計、SERF磁力計、NV色心磁力計等，都在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮獨特優(yōu)勢。這使得市場在技術(shù)上呈現(xiàn)出多元化和廣泛的選擇。應(yīng)用廣泛且多樣化，包括軍事國防、科研、醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測、導(dǎo)航等領(lǐng)域。企業(yè)涉足的領(lǐng)域多樣，如軍事國防、生物醫(yī)學(xué)、地球物理勘探、導(dǎo)航系統(tǒng)等，體現(xiàn)了量子磁力計在不同領(lǐng)域的重要性和適應(yīng)性。圖表量子磁力計產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀類型實驗室靈敏度*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖類型實驗室靈敏度*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖SERFSERF較高的溫度磁場范圍、靈敏度較高；需要低溫制冷，體積較大無零點漂移，響應(yīng)快速，精度較高；受到光強和氣壓等環(huán)境的影響靈敏度極高，易于小型化；需要高溫和低磁場的條件-5動態(tài)范圍：±5nT心高頻率穩(wěn)定性、減少了相干失諧；復(fù)雜低溫環(huán)境型號：量子磁強計由于不同應(yīng)用場景對精度、穩(wěn)定性、重量和價格的差異化需求，未來將推動量子磁力計市場進一步多樣化，逐步替代經(jīng)典磁力計，并且滿足更多層次用戶的需求。未來的發(fā)展將聚焦于技術(shù)創(chuàng)新，以提高磁力計的靈敏度、分辨率，并增加多模態(tài)整合能力，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。便攜性和實用性將是未來的趨勢，磁力計設(shè)備將更加便攜，方便在醫(yī)療、導(dǎo)航等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測和移動診斷。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的磁力計設(shè)備將更加注重智能分析模型的研發(fā)，以提高數(shù)據(jù)處理效率和診斷準確度。引入新型材料，如碳化硅等，將提高磁力計的性能，從而拓展在量子傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)應(yīng)用將迎來更深入的發(fā)展，量子磁力計有望在神經(jīng)科學(xué)、心血管疾病等領(lǐng)域取得更多的突破。預(yù)計SERF磁力計和NV色心磁力計將逐漸獲得更多市場份額，逐步取代SQUID磁力計，成為主流技術(shù)路線。磁力計市場將沿各技術(shù)路線繼續(xù)細分，以滿足不同應(yīng)用場景的需求，產(chǎn)生更專業(yè)化、差異化的產(chǎn)品和解決方案。這種多元化的市場細分將推動量子磁力計技術(shù)更全面、更深入地滲透到各個行業(yè)。量子重力儀第二章量子重力儀第二章硬件整機量子重力儀和量子重力梯度儀在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域都呈現(xiàn)出廣泛的發(fā)展前景，有望為科學(xué)研究和實際應(yīng)用帶來更多的可能性。隨著冷原子干涉技術(shù)的不斷發(fā)展，量子重力儀在精密測量領(lǐng)域取得顯著進展。?Q-CTRL公司展示最新的量子重力儀原型機。公司建立一種通過重力和磁力觀察地球的全新方式，利用小型低成本衛(wèi)星開發(fā)持久的近地觀測能力。公司已經(jīng)得到CRC-P項目的支持，未來將交付用于空天?杭州微伽量子的“高精度量子絕對重力測量系統(tǒng)”，被浙江省計量科學(xué)研究院采購，標志著公司的重力測量設(shè)備已經(jīng)可以滿足計量系統(tǒng)使用。?中科酷原參加了在美國舉辦的第十一屆絕對重力儀國際比對ICAG2023。公司的量子重力儀WAG-H5-2在體積、重量、功耗、重力測量精度等指標上均達到了國際先進水平。?英國初創(chuàng)公司Deltag獲得了InnovateUK約50萬英鎊的創(chuàng)新資助，以加速商業(yè)產(chǎn)品的交付，并開始開發(fā)量子重力梯度儀平臺。它可以為“復(fù)雜的地下和看不見的位置”創(chuàng)建“地下谷歌地圖”,并且已經(jīng)生產(chǎn)了世界上第一個經(jīng)過現(xiàn)場驗證的重力梯度測量量子傳感器?Delta-g與伯明翰大學(xué)聯(lián)合在北海的一艘船上成功進行了重力梯度的測量試驗。未來該技術(shù)可以提供繪制海洋地圖和彈性長期導(dǎo)航的新功能。量子重力儀方面，隨著技術(shù)的進步，量子重力儀不斷提高其測量的精度和分辨率。通過冷原子干涉技術(shù)，儀器能夠?qū)崿F(xiàn)高信噪比信號探測，有效解決梯度信號提取等關(guān)鍵問題，使得靜態(tài)測量靈敏度已經(jīng)接近量子投影噪聲極限。而隨著技術(shù)的進一步成熟，量子重力儀正朝著小型化和可移動化的方向發(fā)展。這使得量子重力儀在不同場景中更為靈活，為各種應(yīng)用提供更廣泛的可能性。重力梯度儀通常由兩臺重力儀組成，目的是消除儀器漂移。然而，量子重力儀在提高精度方面已經(jīng)顯著，將兩個高精度的絕對重力儀組合成重力梯度儀可能會增加成本，但卻無法體現(xiàn)明顯的指標優(yōu)勢。因此，未來的發(fā)展趨勢可能需要在系統(tǒng)優(yōu)化和成本效益之間取得平衡。目前，量子重力梯度測量技術(shù)已被證明在城市地下空間探測方面具有優(yōu)越性。通過對量子重力梯度數(shù)據(jù)的仿真及實測，特別是在淺層異常體邊界的識別上表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。因此，基于冷原子干涉重力梯度儀在城市地下空間探測方面有望得到更廣泛的應(yīng)用。第二章第二章整機系統(tǒng)隨著技術(shù)的進一步成熟，量子重力儀正朝著小型化和可移動化的方向發(fā)展，為各種應(yīng)用提供更廣泛的可能性。而目前高精度動態(tài)冷原子重力梯度儀的研制仍面臨一系列技術(shù)難題。通過布拉格衍射、布洛赫振蕩等大動量轉(zhuǎn)移技術(shù)提高標度因子，利用光導(dǎo)引型干涉技術(shù)解決原子橫向抖動問題，這些技術(shù)難題需要不斷攻克，以實現(xiàn)更高水平的性能。通過微納加工和集成電路技術(shù)，實現(xiàn)更緊湊、低功耗、高精度和穩(wěn)定的量子重力傳感器。針對外場動態(tài)測量技術(shù)的挑戰(zhàn)，未來將致力于解決原子干涉儀在高動態(tài)范圍下的性能問題，以提高帶寬和擴展動態(tài)測量范圍。在系統(tǒng)化集成方案與工藝探索方面，未來將進一步完善系統(tǒng)集成方案，探索微納工藝的創(chuàng)新，以實現(xiàn)更緊湊、更穩(wěn)定的便捷式高性能激光系統(tǒng)。技術(shù)水平方面，未來將繼續(xù)提升在自旋噪聲機理、磁屏蔽技術(shù)、長弛豫時間原子氣室制備技術(shù)、原子極化及穩(wěn)定控制技術(shù)等方面的研究水平。同時，加強與微小型高性能原子氣室制備、微小型磁屏蔽制備、高性能半導(dǎo)體激光研制等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。圖表量子重力儀產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀類型實驗室參數(shù)*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖類型實驗室參數(shù)*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖量子量子絕對重力儀量子量子重力梯度儀靈敏度：穩(wěn)定性：可長期連適用于靜態(tài)與動態(tài)場景；和可重復(fù)性與經(jīng)典*相比無優(yōu)勢靈敏度：分辨率：高精度、無偏差、低漂移、自校準;ixblueixblue型號：量子重力梯度儀樣機重力梯度分辨率：0.15E重力梯度分辨率：3.3E第二章整機系統(tǒng)量子加速度計&陀螺儀2023年，量子精密測量領(lǐng)域在量子加速度計和量子陀螺儀的發(fā)展方面取得了顯著進展。Infleqtion推出了世界上首個軟件配置的高性能量子加速度計，專為高加速度環(huán)境下的定位、導(dǎo)航和授時應(yīng)用設(shè)計。同時，核磁共振陀螺儀通過自校準方法提高了偏置穩(wěn)定性，NV色心陀螺儀的鉆石納米錐結(jié)構(gòu)有望影響微納光學(xué)設(shè)計，而SERF陀螺儀通過調(diào)整泵浦功率密度改善了長期穩(wěn)定性。三軸加速度測量成為冷原子干涉加速度計發(fā)展的關(guān)鍵方向，提高整體系統(tǒng)性能成為研究重點。?Infleqtion通過將機器學(xué)習(xí)與量子傳感相結(jié)合，展示了世界上第一個軟件配置、支持量子的高性能加速度計。它專為定位、導(dǎo)航和授時應(yīng)用而設(shè)計，可在幾十倍地球重力的加速度下運行?中國工程物理研究院系統(tǒng)工程研究所提出并實施了一種自校準方法，以補償置穩(wěn)定性得到了顯著改善?西安交通大學(xué)團隊通過熱退火方法獲得鉆石納米錐結(jié)構(gòu)，可對未來基于NV中心的微納光學(xué)的設(shè)計和制造例如NV色心陀螺儀等產(chǎn)生積極影響?北京航空航天大學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)SERF陀螺儀的主要噪聲源是由于自旋耦合集合的慢速收斂率引入的馬爾可夫噪聲，這影響了其長期穩(wěn)定性。團隊通過調(diào)整泵浦功率密度來改變相關(guān)時間，從而抑制馬爾可夫噪聲?北京航空航天大學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)SERF陀螺儀的主要噪聲源是由于自旋耦合集合的慢速收斂率引入的馬爾可夫噪聲，這影響了其長期穩(wěn)定性。團隊通過調(diào)整泵浦功率密度來改變相關(guān)時間，從而抑制馬爾可夫噪聲量子加速度計和量子陀螺儀在實際應(yīng)用中展現(xiàn)了高精度和穩(wěn)定性，但在帶寬和動態(tài)范圍等方面仍有挑戰(zhàn)。技術(shù)路線評估方面，不同研究機構(gòu)和國家在各自的專業(yè)領(lǐng)域都取得了一定的突破，但整體而言，存在一些挑戰(zhàn)需要克服。針對冷原子干涉加速度計，解決“死時間”問題、提高測量可用性是重要的發(fā)展方向。對于量子陀螺儀，三軸加速度測量、工程化應(yīng)用以及提高整體系統(tǒng)性能是未來的關(guān)鍵任務(wù)。在國際合作和國家支持下，量子精密測量領(lǐng)域有望進一步推動量子加速度計和量子陀螺儀技術(shù)的創(chuàng)新。未來趨勢包括提高性能、微納化、降低成本，以更好地滿足導(dǎo)航、授時、國防等領(lǐng)域的需求。綜合而言，量子精密測量技術(shù)將繼續(xù)在實際應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，為導(dǎo)航和高精度測量領(lǐng)域帶來新的突破。第二章整機系統(tǒng)第二章整機系統(tǒng)近年來，隨著量子精密測量技術(shù)的快速發(fā)展,以原子陀螺儀和原子加速度計為代表的量子慣性傳感器可以提供對角速度和加速度更高靈敏度和長期穩(wěn)定性的絕對測量。通過替代傳統(tǒng)慣性傳感器，長時間內(nèi)可以保證INS的定位精度,而無需頻繁進行重新校準。另外，在長距離航行時，還可以利用安裝在載體上的高精度原子重力儀或原子重力梯度儀來實現(xiàn)重力場匹配導(dǎo)航的復(fù)合式慣導(dǎo)方案，限制INS誤差隨時間積累，延長系統(tǒng)的重調(diào)周期。圖表量子加速度計&陀螺儀產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀類型理論精度*技術(shù)優(yōu)劣勢類型理論精度*技術(shù)優(yōu)劣勢代表機構(gòu)舉例機構(gòu)產(chǎn)品/樣機參數(shù)樣圖原子干原子干涉加速度計核磁共核磁共振陀螺儀心陀螺儀SERFSERF儀原子干原子干涉陀螺儀icvTA&K靈敏度高靈敏度高、穩(wěn)定性體積大、功耗高、成本高發(fā)展較早，動態(tài)范圍大，已進入芯片化產(chǎn)品研發(fā)階段；需要外加磁場體積小，啟動快；需要高質(zhì)量的金剛石樣品和精確的納米加工技術(shù)難度大，處于實驗室樣機階段極高精度，穩(wěn)定性體積大、功耗高、成本高-8g-23-5-4形態(tài)：工程樣機形態(tài)：工程樣機零篇穩(wěn)定性：10-2Twinleaf形態(tài)：學(xué)術(shù)研究形態(tài)：實驗室樣機零篇穩(wěn)定性：10-3形態(tài)：實驗室樣機零篇穩(wěn)定性：10-4相比經(jīng)典慣性傳感器，理論上量子陀螺儀和加速度計具有更高的精度、更低的漂移、更強的抗干擾能力等優(yōu)勢。但這些優(yōu)勢能否在實際工程化應(yīng)用中得到體現(xiàn)，會受到眾多因素影響，包括設(shè)備的設(shè)計、制造工藝、使用環(huán)境等，現(xiàn)階段由于產(chǎn)品大多處于樣機階段，面臨體積大、成本高、穩(wěn)定性不足等挑戰(zhàn)，優(yōu)越性還未得到體現(xiàn)。目前量子慣性領(lǐng)域的研發(fā)由高校主導(dǎo)，歐美頂尖團隊有斯坦福、普林斯頓、巴黎天文臺、Sandia國家實驗室等，中國團隊如北航、東南大學(xué)、中科院精密測量院等也在推進研究，但目前產(chǎn)品整體性能指標比國際先進水平低約2-3個數(shù)量級。各類型產(chǎn)品中，核磁共振陀螺儀是短期內(nèi)最有望推廣應(yīng)用的產(chǎn)品，冷原子干涉加速度計和陀螺儀展現(xiàn)了極高的精度，具有很大的應(yīng)用前景，可能在未來成為高精度慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的主流技術(shù)。量子雷達第二章量子雷達第二章整機系統(tǒng)量子雷達依據(jù)發(fā)射和接收類型不同可分為三大類，包括干涉式量子雷達、量子增強雷達以及量子照射雷達。其中量子增強雷達產(chǎn)業(yè)化進程最快，已在軍事、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用。該路線通過經(jīng)典信號發(fā)射，量子信號接收，可大幅提高雷達的精度以及靈敏度。依據(jù)信號發(fā)射類型的不同（激光或微波接收端有可細分為單光子探測器與原子天線兩大類。?QCI支持NASA監(jiān)測氣候變化的量子傳感解決方案，該解決方案利用雷達系統(tǒng)遠程測量不同類型積雪的物理特性，并計算雪融化時可以釋放多少水?QLM的新型量子氣體激光雷達在METEC的測試中驗證為行業(yè)領(lǐng)先。該技術(shù)對于檢測、定位和量化天然氣泄漏具有高度的精度，被認為是連續(xù)甲烷監(jiān)測技術(shù)中的黃金標準?QISolutions推出了量子光子振動計，用于遠程振動檢測、傳感和檢查。該設(shè)備在靈敏度、速度和分辨率方面取得顯著進步，有望在軍事和商業(yè)應(yīng)用中提供高效的遠程振動檢測解決方案里?昂高等師范學(xué)院研究團隊開發(fā)的內(nèi)置的微波光子計數(shù)器探測的量子雷達在測距分辨率上取得了顯著的提高，與傳統(tǒng)雷達相比檢測速度提高了209%。?Infleqtion與L3Harris的量子射頻技術(shù)取得了重大突破，突破了傳統(tǒng)基于原子高激發(fā)里德伯態(tài)的限制這項技術(shù)在射頻傳感領(lǐng)域具有連續(xù)調(diào)諧、抗干擾和高靈敏度等優(yōu)勢，為射頻應(yīng)用帶來了新的可能性?Infleqtion的量子射頻孔徑/接收器系統(tǒng)SqyWire在陸軍NetModX23評估中展示了卓越的能力，對射頻網(wǎng)絡(luò)管理方面的發(fā)展具有重要意義?Rydberg在最近的美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部中心網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化實驗活動中，該公司推出了一款小尺寸、低重量、低功耗原子接收器，并在活動中展示了使用原子量子傳感器的遠程無線電通信基于單光子探測器的量子增強雷達利用單光子探測器的高靈敏性和量子特性，通過檢測單光子的量子態(tài)來實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的增強性能。這種技術(shù)路線的優(yōu)勢在于其對微弱信號的極高敏感度，能夠?qū)崿F(xiàn)對遠距離目標的高分辨率探測。通過深度學(xué)習(xí)等先進技術(shù)的結(jié)合，單光子探測器還能夠在復(fù)雜環(huán)境中提高雷達系統(tǒng)的適應(yīng)性，使其在噪聲和干擾中更為穩(wěn)健。相對而言，基于原子天線的量子增強雷達注重微波頻率范圍的探測。該技術(shù)利用原子天線在微波信號范圍內(nèi)的敏感性，通過量子控制和讀出實現(xiàn)對微波信號的高靈敏度檢測。由于微波頻率在通信、雷達和遠程傳感等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，基于原子天線的量子增強雷達在這些領(lǐng)域的潛在應(yīng)用廣泛。此技術(shù)的獨特之處在于其對微波信號的高分辨率和高靈敏度，有望在電子戰(zhàn)、通信系統(tǒng)和天文學(xué)觀測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。基于原子天線基于原子天線第二章整機系統(tǒng)量子雷達技術(shù)將在不遠的將來實現(xiàn)復(fù)雜噪聲背景下。的遠程目標探測、高分辨成像，并在軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。全球合作和持續(xù)創(chuàng)新將推動量子雷達技術(shù)向前發(fā)展，為未來提供更為精準、高效的目標探測與識別解決方案。接收端增強量子雷達通過加入壓縮光和相位敏感放大器，降低接收端標準量子噪聲，對信號進行無噪聲放大，以提高量子雷達的信噪比，是近年來備受關(guān)注的發(fā)展方向圖表量子雷達產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀類型應(yīng)用領(lǐng)域*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖類型應(yīng)用領(lǐng)域*技術(shù)優(yōu)劣勢代表公司舉例產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品樣圖徑向信噪比高徑向信噪比高、近紅外光波段；需要低溫環(huán)境、成本較高連續(xù)、實時監(jiān)控、小型、低功耗；需要保持相干性，抑制噪聲遠程精確識別材料固有頻率、保真度部分性能指標仍在測試當中大氣風(fēng)場與艉流測量基于單光子探測器溫室氣體泄露檢測遠程監(jiān)控檢測體積大、激光系統(tǒng)復(fù)雜無線電通訊型號：高分辨測風(fēng)激光雷達風(fēng)速測量精度：風(fēng)速范圍：±50m/s可探測甲烷泄漏率：頻率范圍：直流至4型號：原子無線電接收機響應(yīng)頻率：目前量子雷達技術(shù)正面臨著多樣性目標的探測難題，不同目標的尺寸和結(jié)構(gòu)特征的多樣性給探測帶來了巨大挑戰(zhàn)。為解決這一問題，近年來，干涉式量子雷達技術(shù)成為優(yōu)化設(shè)計遠距離空中目標探測系統(tǒng)的重要手段。通過結(jié)合量子糾纏態(tài)與干涉儀，這一技術(shù)提高了干涉條紋的可見度，實現(xiàn)了超靈敏的探測和高分辨率的目標識別。同時，通過氣動外形和電磁吸收材料等技術(shù)手段，將電磁波的后向散射最小化，從而減小系統(tǒng)的能量損耗，提高了采集時間或傳輸功率。未來的發(fā)展趨勢將更加重視全面考慮雷達動態(tài)范圍、靈敏度和帶寬等綜合因素，以確保系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下的應(yīng)用效果。量子雷達系統(tǒng)將逐步采用“經(jīng)典－量子雙通道”的系統(tǒng)形態(tài)，實現(xiàn)量子通道與經(jīng)典雷達的有機結(jié)合。這種結(jié)合可以在保持當前經(jīng)典雷達應(yīng)用場景和技術(shù)能力條件下，充分發(fā)揮量子通道的高精度和高靈敏度特性，提升整體雷達性能。在中短期內(nèi)，這種雙通道系統(tǒng)形態(tài)將成為主流，更好地應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境和極端天氣條件。量子場強計第二章量子場強計第二章整機系統(tǒng)量子電場測量領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進展，采用里德堡原子和金剛石NV色心等量子系統(tǒng)的測量技術(shù)顯示出了優(yōu)越性。原子體系具有可重復(fù)、精確和穩(wěn)定等優(yōu)點。氣態(tài)原子對施加電場的擾動較小，因此光譜頻率的測量可以達到很高精度。在測量超弱電場方面，比現(xiàn)有的微波傳感器有顯著的優(yōu)勢。金剛石NV色心則可以實現(xiàn)10納米級電場成像和電荷態(tài)的精確調(diào)控，同樣對微弱電場有高靈敏度。?中科大團隊成功地利用輔助微波場擴展了基于里德堡原子的微波電場測量的帶寬靈敏度，使得對失諧高達100MHz微波場的檢測成為可能，相比未使用輔助微波場，其測量靈敏度提高了10倍?北京無線測量研究所和青島市太赫茲技術(shù)重點實驗室合作，提出了一種基于里德堡原子的雙色電磁感應(yīng)透明性（EIT）測量微波電場的方案。通過模擬結(jié)果，與常規(guī)EIT方案相比，光譜分辨率可提高約4倍，微波電場的最小可檢測強度可提高約3倍。經(jīng)過多普勒平均后，最小可檢測的微波電場強度比沒有多普勒效應(yīng)的情況大約大5倍。?伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究團隊正在開發(fā)一種基于氮空位金剛石的傳感器，該傳感器具有獨特的量子特性，可以用于測量中子的電偶極矩，并可能在量子信息科學(xué)中找到應(yīng)用。他們正在研究一種稱為動態(tài)解耦的量子技術(shù)，以提高電場測量的準確性。未來量子場強計的發(fā)展將聚焦于提高量子電場測量的精度，包括對微小電場的高靈敏度測量。研究團隊可能會探索更先進的量子技術(shù)，以實現(xiàn)更精確的場強計測量，滿足科研和應(yīng)用的需求。隨著量子電場測量技術(shù)的成熟，制定相關(guān)標準將變得至關(guān)重要。標準的制定可以確保不同實驗室和研究團隊之間的測量結(jié)果具有可比性和可信度。國際標準化組織（ISO）等機構(gòu)可能需要參與制定這些標準。未來的發(fā)展將更加注重量子精密測量技術(shù)的多模態(tài)集成，即將不同類型的測量技術(shù)融合在一起。在電場測量中，這可能涉及到結(jié)合不同原子體系、不同光學(xué)技術(shù)等，以提供更為全面和全方位的測量解決方案。隨著技術(shù)的不斷進步，量子電場測量技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用于實際場景，如通信、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。這將需要技術(shù)更好地適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，并提供實用的解決方案。軟件算法平臺第二章軟件算法平臺第二章整機系統(tǒng)量子測量軟件算法平臺2023年，量子精密測量軟件、算法和平臺領(lǐng)域取得在了顯著進展。軟件配置和算法的創(chuàng)新使得量子傳感器能夠更靈活地適應(yīng)不同環(huán)境，尤其是資源受限的情況下表現(xiàn)出色。平臺的發(fā)展則提供了更多工具和資源，促進了量子技術(shù)在研究和應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用。?Infleqtion通過結(jié)合機器學(xué)習(xí)與量子傳感，展示了軟件配置、支持量子的高性能加速度計；?SandboxAQ與美國空軍成功測試了基于量子傳感器的磁異常導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是人工智能和量子（AQ）技術(shù)的復(fù)合系統(tǒng)，為GPS無法使用或被拒絕的環(huán)境提供了替代方案?羅馬第一大學(xué)團隊提出了一種無模型方法，通過將強化學(xué)習(xí)算法與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)了對多參數(shù)估計的優(yōu)化，可被廣泛應(yīng)用于優(yōu)化量子傳感器的性能；?北京計算科學(xué)研究中心提出一種實現(xiàn)正算子測量的普適、高效簡單的方法（量子隨機游走算法并在物理應(yīng)用中成功進行了演示?Infleqtion宣布推出了Oqtant，是世界上第一個量子創(chuàng)新平臺即服務(wù)，為研究人員和創(chuàng)新者提供量子物質(zhì)獲取途徑；?QLMTechnology商業(yè)推出了量子氣體激光雷達和QLMCloud，可提供卓越性能準確性，并通過云端分析和管理相關(guān)數(shù)據(jù)；?Adtran的增強型Oscilloquartz同步產(chǎn)品組合現(xiàn)在可提供具有智能威脅檢測和緩解功能的aPNT+?平臺?中國電力科學(xué)研究院電力量子測量平臺于2023年5月正式投運。該平臺以建立電學(xué)量子計量基礎(chǔ)標準體系為目標，具有高穩(wěn)定性，不受時間、空間和環(huán)境條件變化的影響未來的發(fā)展趨勢將會聚焦在軟件、算法和平臺的整體融合，以構(gòu)建更加完善、高效的量子測量系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷進步，對安全性和穩(wěn)定性的需求將成為重要關(guān)切，特別是在網(wǎng)絡(luò)攻擊頻繁的環(huán)境中。云端服務(wù)的應(yīng)用可能會得到進一步強調(diào)，為用戶提供更高級的數(shù)據(jù)分析、管理和安全功能。另外，量子技術(shù)在更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中的拓展，尤其是在導(dǎo)航、測量和安全領(lǐng)域，將是未來發(fā)展的關(guān)鍵方向。整體而言，精密測量領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)受益于量子技術(shù)的創(chuàng)新，為科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域提供更加精準和可靠的解決方案。03核心組件第三章第三章核心組件核心組件第三章第三章核心組件012023年量子精密測量核心組件主要進展隨著量子技術(shù)的不斷發(fā)展，對其上游硬件的需求也在增加，促使其在性能和可靠性上不斷提升。量子精密測量的上游涵蓋了外圍保障系統(tǒng)、核心硬件以及輔助硬件等多個方面，為實現(xiàn)高度精密的量子測量提供了必要的基礎(chǔ)支持。外圍保障系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)、磁屏蔽系統(tǒng)、隔振系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等。該系統(tǒng)對于提高量子測量的穩(wěn)定性、準確性和可靠性至關(guān)重要。目前除制冷系統(tǒng)外，其它外圍保障系統(tǒng)均較為成熟，少有為量子測量而專門做適配與改進的企業(yè)。核心硬件包括單光子探測器、微波源、激光器和原子氣室等。作為量子傳感器的核心部分，它能夠為量子精密測量帶來高度靈敏的信號檢測、精準的微調(diào)控制以及穩(wěn)定的信號源，從而為量子測量的帶來更高的靈敏度、更快的響應(yīng)速度和更低的噪聲水平。輔助硬件包括射頻器件、電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和低溫線纜等，這些組件在量子測量實驗中主要起到輔助調(diào)控和信號傳輸?shù)淖饔?。圖表2023年量子精密測量核心組件進展外圍保障系統(tǒng)外圍保障系統(tǒng)核心硬件輔助硬件?加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯?天津大學(xué)首次演示了利用超導(dǎo)納?麻省理工學(xué)院研究團隊找到了一低溫系統(tǒng)英國美國Twinleaf低溫系統(tǒng)英國美國Twinleaf磁屏蔽系統(tǒng)芬蘭第三章核心組件圖表量子精密測量上游外圍保障系統(tǒng)概覽類類型外圍保障系統(tǒng)美國美國德國英國真空系統(tǒng)外圍保障系統(tǒng)是量子精密測量的重要組成部分，其性能和質(zhì)量直接影響量子精密測量的精度和穩(wěn)定性。在技術(shù)創(chuàng)新方面，未來外圍保障系統(tǒng)將持續(xù)推動性能和質(zhì)量的提升。磁屏蔽效率的提高將通過采用新型材料、改進設(shè)計和制造工藝來實現(xiàn)。隔振系統(tǒng)將追求更低的振動噪聲水平，制冷系統(tǒng)將不斷優(yōu)化以降低溫度并提高制冷效率。新材料的引入和結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新將進一步增強外圍保障系統(tǒng)的可靠性和性能。微型化和集成化方向?qū)⑼ㄟ^采用先進的制造技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，使外圍保障系統(tǒng)更加緊湊、便攜和高效。在應(yīng)用需求方面，未來外圍保障系統(tǒng)將更加精準地滿足特定領(lǐng)域的需求。量子導(dǎo)航的快速發(fā)展將推動對更高精度和更穩(wěn)定外圍保障系統(tǒng)的需求。未來的量子傳感器，將不斷追求更高的靈敏度和準確度。這反過來將促使外圍保障系統(tǒng)提供更先進、可定制的解決方案，以適應(yīng)不同領(lǐng)域的量子技術(shù)應(yīng)用。英國德國美國vixar英國德國美國vixar激光器瑞士荷蘭探測器第三章核心組件圖表2023年量子精密測量核心硬件概覽類類型德國德國美國WKEYSIGHT微波源德國德國美國原子氣室未來激光源將迎來提升，包括提高穩(wěn)定性、功率和頻率控制，以滿足更高精度的量子測量需求。其次，中國企業(yè)在量子光源領(lǐng)域可能加大研發(fā)力度，彌補性能指標上的差距，減少對進口的依賴。單光子探測器方面，未來趨勢可能包括更大陣列、更長響應(yīng)波長、光子數(shù)分辨能力、更高工作溫度、更大光敏面、更高成品率等。此外，量子態(tài)測量設(shè)備將會更加多樣化，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。法國英國法國英國調(diào)制器低溫線纜法國adiallo第三章核心組件圖表2023年量子精密測量輔助硬件概覽類類型代表公司代表公司作用及其市場格局作用及其市場格局輔助硬件美國美國aMini-circuits德國射頻器件未來，針對在極低溫環(huán)境下運行的需求，低溫線纜的研發(fā)和生產(chǎn)將更加重要，以降低散射噪聲，提高測量設(shè)備的性能。全球各科技國都可能加強在低溫線纜領(lǐng)域的投入，以滿足量子精密測量設(shè)備對極端環(huán)境的要求。聲光電調(diào)制技術(shù)在量子測量中的應(yīng)用將進一步發(fā)展。通過高頻電振蕩和機械波的換能器，實現(xiàn)對激光束的快速調(diào)制，以提高量子測量的靈敏度或精度。這方面的創(chuàng)新可能涉及新型調(diào)制器的設(shè)計和制造。射頻微波器件的研發(fā)和應(yīng)用將成為量子態(tài)操作和控制的關(guān)鍵。未來，會向更高加工精度、更高信噪比以及低溫小型化、芯片化的方向發(fā)展，以滿足量子精密測量系統(tǒng)的要求。04行業(yè)應(yīng)用第四章第四章行業(yè)應(yīng)用第四章第四章行業(yè)應(yīng)用01國防軍工在量子精密測量類型方面，涵蓋了時間、測量、重力、慣性、目標識別等多個方面，反映了量子精密測量技術(shù)在軍工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，從全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)到磁異常導(dǎo)航和近地觀測，為軍事任務(wù)提供了全方位的支持。基于軍工應(yīng)用對于國家安全重要性，在其實際應(yīng)用中，各國更側(cè)重于在軍工領(lǐng)域的研發(fā)，導(dǎo)致各國更傾向于保持相對封閉的研發(fā)環(huán)境。以下圖表主要選取2023年，量子精密測量在國防軍工領(lǐng)域中的代表性進展進行論述與分析，選擇標準為量子精密測量中游企業(yè)與國防軍工領(lǐng)域知名企業(yè)或機構(gòu)間的合作，并且優(yōu)先以產(chǎn)生實際或定量結(jié)果為主，少量為合作探索。圖表量子精密測量在國防軍工領(lǐng)域的進展舉例未來，提高技術(shù)性能、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域以及強化國際合作將成為三個主要發(fā)展趨勢。首先，通過進行下一代量子傳感器及其核心組件技術(shù)的研發(fā)，能夠創(chuàng)造更優(yōu)越的高性能傳感器，滿足軍工領(lǐng)域更為復(fù)雜的任務(wù)需求。其次，各國將量子技術(shù)應(yīng)用于除無GPS的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)測氣候變化、測試磁異常導(dǎo)航等應(yīng)用方向，繼續(xù)拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。最后，強化國際合作將是未來發(fā)展的關(guān)鍵，促使各國共同應(yīng)對國防軍工領(lǐng)域的復(fù)雜需求，共享科技成果，將進一步推動整個領(lǐng)域的進步。第四章行業(yè)應(yīng)用第四章行業(yè)應(yīng)用02醫(yī)療健康全球范圍內(nèi)的量子精密測量在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出明顯的國際合作趨勢。美國、中國、德國、瑞士、芬蘭等國均為全球醫(yī)療健康領(lǐng)域提供了先進的量子磁力測量解決方案。以下圖表主要選取2023年，量子精密測量在醫(yī)療健康領(lǐng)域中的代表性進展進行論述與分析，選擇標準為量子精密測量中游企業(yè)與醫(yī)療健康領(lǐng)域知名企業(yè)或機構(gòu)間的合作，并且優(yōu)先以產(chǎn)生實際或定量結(jié)果為主，少量為合作探索。圖表量子精密測量在醫(yī)療健康領(lǐng)域的進展舉例磁磁場MEGINGenetesis在醫(yī)療健康領(lǐng)域，量子精密測量主要應(yīng)用于心臟磁圖（MCG）和腦磁圖（MEG）等細分領(lǐng)域，量子磁力計以其無創(chuàng)、無輻射、無造影劑、抗電磁干擾等優(yōu)勢，使其成為醫(yī)療診斷中的重要工具。隨著技術(shù)的進步，量子精密測量技術(shù)將進一步擴展到醫(yī)學(xué)的多個領(lǐng)域。除了已經(jīng)涉足的心臟和腦科學(xué)領(lǐng)域，未來可能會看到在癌癥診斷、神經(jīng)疾病治療和其他醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的創(chuàng)新。量子精密測量有望為醫(yī)療診斷提供更全面、準確的數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生更好地理解和治療疾病。此外個性化醫(yī)療將成為一個關(guān)鍵趨勢。通過更精準的測量數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以為每位患者制定個性化的治療方案，提高治療效果，減少不必要的藥物和治療過程。量子磁力測量技術(shù)的創(chuàng)新將推動醫(yī)學(xué)研究和治療方法的革新，這樣的技術(shù)創(chuàng)新有望改善患者的生活質(zhì)量，并為新型疾病治療方法的發(fā)展打開大門。設(shè)備方面，未來的發(fā)展將集中于提高測量精確性、降低成本、提高設(shè)備的便攜性和易用性。這將促使更多的醫(yī)療機構(gòu)和臨床實驗室采用量子精密測量技術(shù)，推動其在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。此外，如果SERF磁力計在性能、靈敏度和成本方面取得進一步突破，它可能成為未來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域磁力測量技術(shù)的主導(dǎo)工具。這可能會帶來更加精確和經(jīng)濟高效的磁力測量解決方案，推動醫(yī)學(xué)磁力學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展第四章行業(yè)應(yīng)用第四章行業(yè)應(yīng)用03能源環(huán)保目前在能源環(huán)保領(lǐng)域，歐美國家是主要的推動者，亞太地區(qū)在該領(lǐng)域相對有所欠缺。從技術(shù)路線上來看，通過提供高精度的同步解決方案、重力梯度測量、氣象監(jiān)測和射頻傳感，量子精密測量技術(shù)為智能電網(wǎng)的高效運行、氣候變化的監(jiān)測和理解、環(huán)保決策的制定以及大氣層動態(tài)變化的理解提供了重要支持。這些技術(shù)的應(yīng)用有助于推動能源環(huán)保領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。以下圖表主要選取2023年，量子精密測量在能源環(huán)保領(lǐng)域中的代表性進展進行論述與分析，選擇標準為量子精密測量中游企業(yè)與能源環(huán)保領(lǐng)域知名企業(yè)或機構(gòu)間的合作，并且優(yōu)先以產(chǎn)生實際或定量結(jié)果為主，少量為合作探索。圖表量子精密測量在能源環(huán)保領(lǐng)域的進展舉例時時間重重力目標識別目標識別業(yè)），未來，量子精密測量技術(shù)將廣泛滲透于能源環(huán)保領(lǐng)域，展現(xiàn)出多樣化的應(yīng)用場景。智能電網(wǎng)的優(yōu)化將通過量子同步解決方案實現(xiàn)時空同步的精度提升，從而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行效率，減少能源浪費，提高能源利用率。同時，氣候監(jiān)測與應(yīng)對將得益于量子增強雷達系統(tǒng)的高靈敏度監(jiān)測，實現(xiàn)對關(guān)鍵氣候因素的準確監(jiān)測，為更有針對性的環(huán)保舉措提供支持。冷原子絕對重力儀在地球引力變化研究中的應(yīng)用，則有望為地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)等領(lǐng)域提供精確的數(shù)據(jù)，推動對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運動的深入認識。在技術(shù)創(chuàng)新方面，未來的發(fā)展將不斷追求提高測量精度、拓展適用領(lǐng)域和降低成本的目標。新型傳感器的設(shè)計將聚焦于靈敏性、緊湊性和可靠性，以適應(yīng)各種環(huán)境和應(yīng)用場景，提高測量的準確性。高效數(shù)據(jù)處理算法的制定將使量子測量數(shù)據(jù)更為有效地處理，提高實時性和準確性。先進實驗裝置的設(shè)計和制造則將確保在各種條件下進行可靠的量子精密測量。第四章第四章行業(yè)應(yīng)用04在同步通信領(lǐng)域，量子精密測量技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和合作，尤其以歐美國家為主導(dǎo)。這一領(lǐng)域的技術(shù)路線主要涉及原子鐘及其細分技術(shù)路線產(chǎn)品。這些企業(yè)通過銣原子鐘、銫原子鐘、光鐘以及冷原子鐘等技術(shù)路線產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，推動了如同步飛機和控制塔之間的關(guān)鍵通信、5G基站和數(shù)據(jù)中心、鐵路移動通信系統(tǒng)等應(yīng)用方向的發(fā)展。以下圖表主要選取2023年，量子精密測量在同步通信領(lǐng)域中的代表性進展進行論述與分析，選擇標準為量子精密測量中游企業(yè)與同步通信領(lǐng)域知名企業(yè)或機構(gòu)間的合作，并且優(yōu)先以產(chǎn)生實際或定量結(jié)果為主，少量為合作探索。圖表量子精密測量在同步通信領(lǐng)域的進展舉例時時間心未來，芯片級原子鐘有望替代5G基站中現(xiàn)有的晶振技術(shù)。芯片級原子鐘的小型化設(shè)計使其更容易嵌入到通信設(shè)備中，提供更高的頻率穩(wěn)定性和時間同步性能，有助于提升通信系統(tǒng)的效率和性能。這對于移動通信基站等場景，尤其是對于需要高度精確時間同步的5G網(wǎng)絡(luò)，具有重要的推動作用。光鐘技術(shù)將成為同步通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。光鐘以其出色的頻率穩(wěn)定性和準確性，將成為金融交易和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域的理想選擇。未來，隨著光學(xué)技術(shù)的不斷進步，光鐘的性能有望進一步提高，從而滿足對于時間同步極高要求的場景，推動同步通信系統(tǒng)實現(xiàn)更為精準的數(shù)據(jù)傳輸和處理。在鐘組中，一般采用多次測量取平均值是一種常見的策略，通過集成不同模態(tài)的測量技術(shù)，可以更好地抵御外部干擾，提高測量的準確性和穩(wěn)定性。這對于同步通信系統(tǒng)的可靠性和魯棒性具有積極的影響。未來的發(fā)展將更加注重量子精密測量技術(shù)的多模態(tài)集成，即將不同類型的測量技術(shù)融合在一起，以提供更為全面和全方位的測量解決方案。時間ixblue第四章行業(yè)應(yīng)用時間ixblue第四章行業(yè)應(yīng)用05科學(xué)研究在科研領(lǐng)域，量子精密測量技術(shù)展現(xiàn)出了廣而深的應(yīng)用前景。從國家地區(qū)的角度來看，歐美國家在推動量子精密測量技術(shù)在科研領(lǐng)域的發(fā)展上扮演著重要角色。在全球合作中，德國、瑞士、印度等國與科研機構(gòu)合作，共同推動了量子精密測量技術(shù)的創(chuàng)新。以下圖表主要選取2023年，量子精密測量在科研領(lǐng)域中的代表性進展進行論述與分析，選擇標準為量子精密測量中游企業(yè)與科研領(lǐng)域知名機構(gòu)間的合作，并且優(yōu)先以產(chǎn)生實際或定量結(jié)果為主，少量為合作探索。圖表量子精密測量在科學(xué)研究領(lǐng)域的進展舉例磁磁場重重力目標識別目標識別中未來，量子精密測量技術(shù)在科研領(lǐng)域的替代性將更為凸顯。量子精密測量技術(shù)不僅提供了更高的精度，還在科研實驗中展現(xiàn)了更為卓越的性能。此外，量子精密測量技術(shù)在科研中的廣泛應(yīng)用也體現(xiàn)在對表面磁場、電流和電場的定量數(shù)據(jù)提供上。這些量子傳感器的納米分辨率和高靈敏度使其在實驗室環(huán)境中成為必不可少的工具，有助于科學(xué)家們深入研究微小尺度的物理現(xiàn)象。最后，量子精密測量技術(shù)在模擬全球排雷工作中的應(yīng)用也凸顯了其在科研領(lǐng)域的實際意義。這種技術(shù)不僅能在實驗室中驗證綜合領(lǐng)域的條件與環(huán)境，還能應(yīng)用于衛(wèi)星觀測，協(xié)助完成一系列相關(guān)實驗，推動科研領(lǐng)域?qū)?fù)雜問題的深刻理解。在科研領(lǐng)域，量子精密測量技術(shù)正通過不斷創(chuàng)新，為科學(xué)家們提供更為強大的工具，推動科學(xué)研究不斷取得新的突破。05第五章第五章投融資投融資第五章投融資第五章投融資012023年量子精密測量領(lǐng)域融資與2022年相比有所降低量子精密測量領(lǐng)域2023年融資企業(yè)主要分為三大類：囚禁原子/離子、固態(tài)自旋（NV色心）以及其他。根據(jù)公開信息，全球共有17家公司獲得約2.38億美元融資，本次統(tǒng)計對未披露具體融資金額的公司，包括中國睿鏃科技（北京）有限責(zé)任公司、北醒（北京）光子、蘇州國順激光、寧波元芯光電子、蘇州Photonics（美國）等進行了數(shù)額的估計。與2022年（約9.49億美元）相比，2023年融資總規(guī)模有所降低。全球經(jīng)濟狀況的不穩(wěn)定性和可能存在的政策法規(guī)變化也可能使投資者在新興技術(shù)領(lǐng)域持保守態(tài)度，從而影響了投融資的規(guī)模。其次，數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程依據(jù)公司公告，可能與公司實際融資節(jié)點存在滯后現(xiàn)象。圖表2020-2023年全球量子精密測量領(lǐng)域融資總額（單位：百萬美元）第五章投融資第五章投融資022023年被投企業(yè)來自5個國家（美國、中國、澳大利亞、德國、英國）。從已披露的融資金額來看（美國SourcePhotonics、德國NVisionImagingTechnologies（Series:A）、德國NVisionImaTechnologies（Series:Grant）、北醒光子科技、深圳靈明光子科技），資金投向美國公司的金額最高（約9000萬美元，1家公司其次為中國（約7400萬美元，9家公司）、德國（約5700萬美元，3家公司）、英國（約1000萬美元，3家公司）、澳大利亞（約800萬美元，1家公司）。圖表2023年全球量子精密測量領(lǐng)域融資額（單位：百萬美元）第五章第五章投融資融資類型以A輪投資為主政府資助、其他（戰(zhàn)略投資、未披露）。從融資類型來看，A輪融資最多（7次，占比41.67%說明目前量子精密測量領(lǐng)域公司仍處于發(fā)展初期，需要早期融資以及政府投資等。圖表2023年全球量子精密測量領(lǐng)域公司融資綜合情況種子輪（含Pre-Seed）種子輪（含Pre-Seed）A輪（含Pre-A）政府資助其他（戰(zhàn)略投資、未披露）全球量子精密測量公司的融資輪次情況全球量子精密測量公司的融資輪次情況Delta.g第五章第五章投融資042023年量子精密測量領(lǐng)域獲得融資企業(yè)按技術(shù)路徑主要分為三大類：囚禁原子/離子、固態(tài)自旋以及其他。從已整理數(shù)據(jù)來看，2023年共有5家企業(yè)獲得融資以推進中性原子發(fā)展，包括Xhtime、Guoce、固態(tài)自旋產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的有3家企業(yè)獲得融資，包括德國NVisionImagingTechnologies（Series:A）、德國NVisionImagingTechnologies（Series:Grant）、QuantumDiamonds（德國）共融資0.57億美元。其他方向共有9家企業(yè)獲得投資，以上游激光器為主，分別為蘇州國順激光（中國）、寧波元芯光電子（中國）、SkylarkLasers（英國）、SourcePhotonics（美國）。睿鏃科技（北京）（中國）、北醒（北京）光子（中國）、蘇州識光芯科（中國）、靈明光子（中國）、阜時科技（中國共獲得融資1.68億美元。圖表2023年量子精密測量領(lǐng)域投資技術(shù)領(lǐng)域分布囚禁原子/離子固態(tài)自旋其它第五章第五章投融資05量子精密測量領(lǐng)域2023年度總計發(fā)生融資事件17件，較2022年融資事件數(shù)有所增加，與2021年融資事件數(shù)基本持平。量子精密測量領(lǐng)域在2023年獲得融資的增加，一方面源于該領(lǐng)域技術(shù)的持續(xù)突破和進步，引發(fā)了投資者對相關(guān)初創(chuàng)公司和項目的濃厚興趣。另一方面，政府的政策支持和整體的市場環(huán)境也為量子精密測量領(lǐng)域投發(fā)展提供了支持，增強了投資者對該領(lǐng)域的信心。2023年，德國國家計量局（PTB）發(fā)布《2023-2025年專題領(lǐng)域的任務(wù)和目標》，該計劃提到研究和開發(fā)利用電量子計量技術(shù)表示和保存電單元的方法，開發(fā)高靈敏度的基于量子的電測量方法和傳感器；盡可能直接利用整個低頻范圍內(nèi)的量子效應(yīng)，在擴展的值范圍內(nèi)表示和傳輸電和磁單元（不包括能量測量技術(shù)優(yōu)化半導(dǎo)體單電子源和寬帶單電子探測器（RF集探測器）的集成量子電路。同時，中國也發(fā)布了多個有關(guān)計量發(fā)展規(guī)劃的文件，促進量子精密測量和量子傳感技術(shù)研究，加強計量學(xué)基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)原始創(chuàng)新。投資者對量子精密測量領(lǐng)域的未來持有更加樂觀預(yù)期，因此更愿意進行投資。圖表2020-2023年全球量子精密測量融資次數(shù)06供應(yīng)商評價第六章第六章供應(yīng)商評價供應(yīng)商評價第六章第六章供應(yīng)商評價01量子時鐘領(lǐng)域CTF模型量子精密測量科學(xué)儀器設(shè)備主要為生物醫(yī)藥、材料、納米技術(shù)等領(lǐng)域提供實驗室或工業(yè)領(lǐng)域高端儀器設(shè)備。目前商業(yè)化的產(chǎn)品主要是各類微波原子鐘（銣鐘、氫鐘、銫鐘）、微波芯片級原子鐘、光鐘、芯片級分子鐘，以及時頻同步類產(chǎn)品（協(xié)議）。圖表量子時鐘領(lǐng)域CTF模型量子時鐘方面，光鐘為美國的Microsemi和Symmetricom等機構(gòu)領(lǐng)先。分子鐘目前僅有中微達信有相關(guān)公開布局。微波鐘方面，目前全球微波鐘產(chǎn)品成熟，產(chǎn)品與市場較為成熟，中國主要玩家為天奧電子和203所。全球擁有原子鐘技術(shù)的國家中，美國和歐洲的商業(yè)化公司較多；其他地區(qū)商業(yè)化的公司極少，技術(shù)主要掌握在國家計量標準制定及研究相關(guān)院所。其中，美國的Symmetricom公司是原子鐘的技術(shù)領(lǐng)先者。此外，據(jù)公開報道，歐盟、日本也實現(xiàn)了芯片級原子鐘原理樣機的研制。第六章第六章供應(yīng)商評價02圖表量子磁場測量領(lǐng)域CTF模型量子磁場測量領(lǐng)域CTF模型量子磁場測量方面，可以應(yīng)用在地理地質(zhì)、生物醫(yī)療領(lǐng)域生命健康領(lǐng)域磁測量儀器設(shè)備。量子磁力計（SQUID/OPM/SERF/NV色心主要作用為弱磁探測，可以應(yīng)用在軍事國防、地理地質(zhì)、生物醫(yī)療領(lǐng)域。目前，量子磁場測量的技術(shù)路徑較多。目前市場上主要還是早期的光泵磁力計與SQUID為主，未來SERF與NV色心磁力計可能會占據(jù)更多市場份額，并通過成本優(yōu)勢進一步推廣量子商業(yè)化。磁力計在全球目前商業(yè)化較為成熟的是生物醫(yī)療、地磁勘探與物理科研。第六章第六章