说起量子精密测量这块儿,以前总觉得欧美那边卡着脖子,高端仪器进口靠天吃饭。可最近上海交大团队搞出的量子孪生干涉仪,直接把信噪比提升三个数量级,稳稳甩开国际纪录。

这玩意儿不光是实验室里的花架子,还能实打实用到重力探测、导航和矿产勘探上。

想想看,以前测个重力得花大价钱买洋货,现在自家技术顶得上,成本低精度高,这不就是打破垄断的硬实力吗?

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上世纪70年代中期,北京地质仪器厂搞出了ZSM系列重力仪,那时候精度不算顶尖,但够用。野外测绘、部队需求,全靠它撑着。

珠峰重力测量队扛着国产货上山,海拔几千米的地方,仪器稳稳给出数据,帮着画出初步重力图。产量一度世界第三,亚洲这边就他们一家玩转石英弹簧工艺,手工打磨微米级零件,基本满足国内野外作业。

可80年代末,市场风向变了。“买不如造”倒过来成了“造不如买”,厂子订单掉得快,技术骨干转行走人。北京地质仪器厂最扎心,重力仪车间直接撤了,机器闲置成仓库。到2005年,只剩俩老工人守着旧图纸,一年勉强拼10来台。伊朗客户来订货,厂里连货都出不了。

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外部压力更大,1996年瓦森纳安排一落地,重力仪直接进管制清单,出口卡得死死的。中国瞬间成全球最大进口国,美国加拿大那边小厂靠卖给我们重振旗鼓,生产线热火朝天。

这局面逼着国内科研咬牙顶上。中国计量科学研究院1975年就整出第一台固定式绝对重力仪,不确定度10^{-6}米每平方秒。1983年推第二代,1985年带NIM-II去巴黎国际比对,不确定度降到1.4×10^{-7}米每平方秒。

那次比对数据乱成一锅粥,各国仪器分群,谁也说不清谁准,只能算平手。但团队没停,默默迭代设备。进口依赖让大家看清,核心东西买不来,得自己攥紧拳头干。

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量子精密测量这块儿,传统干涉仪总有个老大难:强振荡场一搅和,光强就失衡,噪声把信号淹没,灵敏度上不去。上海交大张卫平教授和包谷之研究员领衔的团队,针对这点下手。

2025年11月在Science Advances上发文,推出量子孪生干涉仪。核心是互为纠缠的双对孪生光束,并行配置下,量子关联干涉和纠缠探测协同发力,直接取代平衡零拍探测。

简单说,这架构让两束光像双胞胎一样同步,一头捕捉微弱相位变化,一头专职压噪声。实验结果呢?信噪比比他们自己之前保持的国际纪录高三个数量级,稳超标准量子极限。

共同第一作者是李政道研究所的杜威和物理天文学院的吴书贺,张卫平和包谷之挂通讯作者。背后有合肥国家实验室、上海市量子科学中心、国家自然科学基金委、量子科技创新2030计划、科技部重点研发等多方支持。

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这技术落地快,导航、引力波探测、电磁传感、量子计量学,全都能用上。拿重力来说,地球重力加速度9.8米每平方秒,但地方差异大,矿藏分布就藏在这些微变里。以前测不准,现在精度高了,找矿准头直线上升。全球量子精密测量论文,中国排第二,只差美国一截。

产业预测,到2035年市场规模44.97亿美元,重力测量占10.9亿美元。国产仪器从实验室走出来,MEMS级加速度计样机单价从百万压到十万,自动驾驶、手机都能塞进去。

张卫平团队早几年就铺路,2013年静音光量子放大器,2020年上海市自然科学一等奖的光量子关联干涉仪。包谷之专注实验,2018年纠缠项目上手,博士后阶段就带队验证孪生光束

华东师大陈丽清、袁春华合作,高损耗下噪声压缩保护,路径损耗96%还保量子优势。整个过程逻辑清楚,从瓶颈切入,到范式重构,再到验证迭代,硬是把量子资源榨干榨透。

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2017年,北京昌平,中国计量院主办第十届全球绝对重力仪关键比对,14国32台仪器同台。国产绝对重力仪杀出重围,全球重力计量基准原点从欧洲搬到中国,坐标北纬40.2448度、东经116.2248度,海拔111.21米。

这原点就是重力加速度量值源头,以前欧洲垄断,现在自家门口,试验周期砍一半,成本降七成。用它扫描明十三陵,地下陵墓形状、位置、埋深全现形。瓦森纳安排虽卡脖子,但也倒逼自主。

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产业侧,量子测量渗透深。矿产勘探,三维重力图像勾勒矿脉,钻孔减半。航天,空间站微重力监测,晶体培养稳如老狗。国防,潜艇断GPS,量子芯导航地下盲行。民企推MEMS样机,目标批量。

国家层面,《计量发展规划(2021-2035)》定调底层技术,工信部新产业标准化工程给政策快车道。融资看,2023年量子精密测量17笔交易,2.38亿美元,中国9家企业最多,但美国总金额高,说明投资规模还得追。全能选手少,市场缺口明显。但路子对头,堵30年的墙裂缝了。

超冷原子源还靠进口同位素,光纤耦合良率低,规模化卡壳。补短板是关键,材料工艺装备得跟上。全球合作增,中国基准拉动国际比对,话语权稳。量子孪生干涉仪只是起点,加速度还在后头。

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量子精密测量从跟跑到领跑,靠的就是实打实的积累。欧美垄断松动,中国论文量稳第二,应用落地快。重力地图备用定位,卫星失效时顶上;电网异常成像,维护响应秒级。产业爆点在量子重力市场,占四分之一份额。

工程化是当下痛点,实验室曲线漂亮,野地耐摔耐老化还得练。数据处理模型建,自转月扰地壳密度全算进去,标准化给信任底气。多单位上手,科研院、工业界、国防评估适配。

产品链从演示到稳定,复杂环境性能是看点。路长,但接力已动。北京厂新生,青年跟老手重做弹簧,3D精雕机嗡嗡转。规划底层押注,量子芯装高端仪,国产取代依赖。

以前测矿像大海捞针,现在激光笔点穴,准狠快。产业规模破450亿人民币,重力占大头。国家快车道,民企样机迭代,人才聚齐补全能。难关越,路开阔。