量子精密测量概念、产业链、产品与产业链梳理

量子精密测量的上游基本为美国、英国、德国、日本企业，提供可为量子系统使用的激光、低温系统、 磁体环境、真空系统、电子元器件、线缆、材料(特殊金属金刚石、稀土等)等。

量子精密测量主要是利用量子状态对环境的高度敏感，提升对时间、位置、加速度、电磁场等物理量的 测量精度，涉及的方向和领域相对较多，具有应用场景丰富、产业化前景明确等优势。但由于不同物理 量的量子传感器成熟度存在差异，产业进入多元化发展周期。 量子精密测量的基本原理是：外界的电磁场、温度、压力等物理量因素会改变电子、光子、声子等微观 粒子的量子态，对这些变化后的量子态进行测量，从而实现对外界物理量的测量。

从产业链看，量子精密测量上游主要包括低温设备、磁体、光源/激光器、探测器等系统研发所需的基 础材料元器件和支撑系统；中游主要包含各技术方向的系统产品，如量子时钟、量子重力仪、单光子雷 达等；下游主要为基础科研、生物医疗、环境勘测等领域的行业应用。 2024 年年初，iCVTA&K 和光子盒联合发布了一份关于量子精密测量产业的报告，介绍了全球量子精密 测量产业的发展情况。报告指出，量子精密测量领域目前呈现出多样性和分散性的特点。各领域发展路 线多元，从量子陀螺仪到量子电场强计、再到量子加速度计，各自处于不同阶段，反映了科研进展和应 用需求的多元化。不同物理量的量子传感器成熟度存在差异，反映了技术挑战和商业应用的不同情况。

目前，量子陀螺仪处于变革探索期，在实际应用中尚未展现出量子优势。量子电场强计和量子加速度计 处于起步期，量子电场强计的技术已成熟，但缺乏标准制定；而量子加速度计已有工业样机。量子重力 仪/磁力计/增强雷达已进入成长期，这些专用量子传感器在某些指标上已比经典传感器有较大优势，另 外，量子时钟已进入成熟期。

量子精密测量主要产品汇总：（1）量子时钟。原子钟作为一种相对成熟的量子精密测量产品，具有高度准确和稳定的时间测量能力。

（2）量子磁力计。主要指磁力计的灵敏度和分辨率以满足特定应用需求，如更精确地探测微弱的磁场信号以及在生理和病 理状态下的微弱变化，为科学研究和医学诊断提供更为准确的工具等。

（3）量子重力仪。可通过冷原子干涉技术，实现高信噪比信号探测，有效解决梯度信号提取等关键问题，使得静态测量灵 敏度接近量子投影噪声极限。通过量子重力仪可以实现为复杂的地下和看不见的位置创建“地下地图”等 应用。

（4）量子加速度计&陀螺仪。以原子陀螺仪和原子加速度计为代表的量子惯性传感器可以提供对角速度和加速度更高灵敏度和长期稳 定性的绝对测量。通过替代传统惯性传感器，长时间内可以保证 INS 的定位精度,而无需频繁进行重新 校准。另外，在长距离航行时，还可以利用安装在载体上的高精度原子重力仪或原子重力梯度仪来实现 重力场匹配导航的复合式惯导方案，限制 INS 误差随时间积累，延长系统的重调周期。

（5）量子雷达。量子雷达根据发射和接收类型的不同可分为三大类，包括干涉式量子雷达、量子增强雷达以及量子照射 雷达。其中量子增强雷达产业化进程最快，已在军事、环保等领域应用。该路线通过经典信号发射，量 子信号接收，可大幅提高雷达的精度以及灵敏度。依据信号发射类型的不同（激光或微波），接收端又 可细分为单光子探测器与原子天线两大类。

（6）量子电场强计。采用里德堡原子和金刚石 NV 色心等量子系统的测量技术显示出了优越性。原子体系具有可重复、精确 和稳定等优点。气态原子对施加电场的扰动较小，因此光谱频率的测量可以达到很高精度。在测量超弱 电场方面，比现有的微波传感器有显著的优势。金刚石 NV 色心则可以实现 10 纳米级电场成像和电荷 态的精确调控，同样对微弱电场有高灵敏度。（以上为根据 CVTA&K 和光子盒联合发布的“2024 全球 量子精密测量产业发展展望”报告而节选或总结）

（1）产业链分析。量子精密测量的上游基本为美国、英国、德国、日本企业，提供可为量子系统使用的激光、低温系统、 磁体环境、真空系统、电子元器件、线缆、材料(特殊金属金刚石、稀土等)等。产业链中游企业通过对 上游产品集成，以及开发与产品配套的软件或系统，提供整体解决方案，产品包括原子钟、量子磁力计、 冷原子干涉重力仪、陀螺仪、加速度计、原子力显微镜、电子顺磁共振波谱仪、量子雷达等。产业链下 游应用场景包括卫星导航、国防军工、医疗、通信等场景。

（2）下游应用市场前景广阔。ICV 预计，从 2023 年到 2035 年，不同领域对于量子精密测量的需求逐渐增长，呈现出多元化的应 用场景。首先，对于一些低市场规模的应用，如网络时频管理、心理健康治疗等，虽然市场规模相对较 小，但量子精密测量的高精度和灵敏度为这些领域带来了更为精准的数据和解决方案，为技术的逐步商 业化提供了契机。特别是在老年痴呆症治疗、气候变化对抗等领域，量子精密测量的精确诊断和数据采 集能力将成为未来关键技术，推动这些领域的创新和发展。其次，随着技术的不断成熟，大规模商业化 的领域也将在未来几年逐渐崛起。例如，航空交通管制雷达、无卫星导航、卫星导航等领域对于高精度 测量的需求逐渐增大，量子精密测量技术将在这些领域发挥更为重要的作用。而在深海探测、电池改良、 智能驾驶等领域，量子精密测量的高灵敏度和高精度将成为技术突破的助推器，为产业的不断升级提供 动力。最后，2023 年至 2030 年之间，量子雷达技术的应用也将逐渐拓展。量子雷达的高分辨率和高灵 敏度使其在国防安全、环境/能源监测、航空交通管理雷达等领域具有独特优势。预计随着技术的进一 步发展，量子雷达将在未来成为下一代雷达技术的重要组成部分。