量子磁力计发展趋势有哪些？

我来简单介绍一下量子磁力计发展趋势。

1.趋势一：量子磁强计在国防和军事应用中具有发展方向

量子磁力计的军事应用包括地磁导航、反潜战等，这些都不依赖于目前 GPS等传统地理定位技术。目前，量子磁力计已应用于磁异常图绘制和 水反潜技术。 磁异常图用于惯性导航和量子导航定位，不依赖于GNSS（全球导航 卫星系统）和雷达。反潜技术主要通过水平面上的机载悬挂式航空磁 力计识别水下目标。

未来，量子磁力计将有以下军事应用：首先，在完成地理测绘图后， 量子磁力计可以应用于量子导航系统，可以与量子重力仪等量子传感 器结合使用，以提供更准确的信息，减少对GNSS和雷达的依赖。其次 ，舰载磁力计反潜战使能技术仍有待提高，增强潜艇或水雷目标识别 的磁探测能力，显著提高水下作战能力。第三，可穿戴式脑磁探测设 备将可能安装在士兵的头盔上，远程实时反馈战斗人员的生理状态并 指导操作，及时反馈战斗人员情报报告。

2.趋势二：经典磁测传感器逐渐“量化”

一些基于经典物理技术的传感器正在逐渐过渡到量子传感器。一方面 ，这种趋势发展的原因是量子传感器是基于量子操纵的，测量精度可 以突破经典极限;另一方面，量子系统为量子传感器提供了更好的稳定 性，因为它们不受制造差异、缺陷、杂质或老化的影响，这使得它们 更适合精密测量。量子磁力计技术是经典传感器迈向量子化的先驱。 目前比较成熟的商用产品有质子磁力计、Overhauser磁力计、光泵磁 力计和SQUID磁力计等。SERF磁力计和钻石NV色心磁力计正在进入 商业化。

从经典传感器向量子传感器的发展，也将促进社会许多领域的发展。 比如卫星上使用的磁力计要求性能稳定，工作时间长，而量子磁力计 正好满足这一特性;降低高端医疗设备的采购成本和运营维护成本，使 更广泛的应用惠及公众;新型快速准确的检测设备的应用可以提高诊断 效率，甚至在未来COVID-19或其他流行病时代为社会带来极大的便利 ;基于量子磁力计的电池缺陷检测技术有望在短期内实施，以维护人们 的生命财产安全。高灵敏度磁成像显微镜可以促进基础科学研究的发 展。

3.趋势3：SERF技术将使下一代脑磁图仪器成为可能

目前，医院采用的脑和心脏诊断技术大多有脑磁图和心磁图、设备占地面积大，设备复杂，价格昂贵，操作环境恶劣（液氦制冷， 磁屏蔽）等问题限制了其广泛应用，普通大众无法从这种高端体检中 受益。此外，氦气是一种稀有气体，全球资源正在消耗，尤其是脑磁 图。它背后的技术迫切需要新的方法来摆脱以前的开发限制。

就目前的发展现状而言，基于OPM开发的SERF原子磁力计有望改变现状 。SERF不仅比SQUID便宜，而且具有对低频信号敏感，常温工作，功耗 低，体积小，可穿戴的优点。SERF的分辨率也接近或超过SQUID，适合 大规模应用。这也是OPM在基础物理和实际应用研究中受到大量关注和 研究的重要原因。公开资料显示，目前基于农奴磁力计的MEG设备价格 约为SQUID磁力计的一半至三分之一。未来大规模商业化后，MEG设备 的价格有望更低。更多的医疗机构将有能力购买，相关的诊断成本将大 大降低。

4.趋势四：金刚石NV色心磁力计和原子磁力计潜力巨大

基于量子自旋技术的钻石NV色心磁力计和原子磁力计是近年来最有前 途的商用量子传感器，其适用行业和应用场景也多样化。

目前，量子磁强计相对成熟的应用领域是生物医学、物理研究和地磁 勘探。在医疗领域，基于SERF磁力计的新一代脑磁图和心磁图在实 验中验证了可行性示范，并且可以在短期内商业化。有望取代SQUID市场份额或为小型 化可穿戴弱磁测量开辟新市场。此外，SERF原子磁力计还可以解决锂 电池的质量检测和分类。CPT和NOMR技术的发展也让人们期待原子 磁力计实现更多的着陆应用。

在物理研究、地磁导航、军事国防、工业探测等领域，主要产品为 质子磁力计等早期量子磁力计。短期内，钻石NV色心磁力计可能成 为科学研究和无损检测中的主要量子磁力计。由于其良好的生物相 容性和较强的空间识别能力，是学术团队和国家提到的高频、高关 注度、快速发展的技术。钻石NV色心磁力计尚未达到物理极限，许 多团队正在研究它。有望成为新一代量子磁力计，满足研究单细胞 、蛋白质、DNA或单分子识别、单原子核磁共振等新兴科研需求。

5.趋势5：许多国家出台政策支持量子磁计发展

美国、英国、德国、法国、中国、澳大利亚等国都披露了量子磁力计相 关的研究计划和项目。其中，与量子传感器领域磁测量相关的固态量子 传感器（金刚石NV色心磁计）和光泵送碱磁计（OPM）已被提出作为 重点研发方向。美国最新发布的《让量子传感器开花结果》聚焦光磁计 和NV彩心磁力计的研究进展和应用前景，并说明了其巨大的应用价值 和潜力。

此外，其他国家的高校也开展了相关的基础研究布局。例如，日本东 京工业大学推出了固态量子传感器在MEG领域的应用;中国北京航空 航天大学科学设备研究所开展了基于原子自旋SERF效应和钻石色心的 量子精密测量技术研究。目前，有许多量子传感器处于不同的研发阶 段。

许多国家正在协调缩短产品推向市场的过程，加快技术转让，并不断 加强自己在各自领域的领导地位。在尽量减少对性能的影响的情况下 ，小型化、紧凑化和降低成本是主要上游供应商的关键目标。