我国量子传感技术突破电力监测 "天花板"：0.05% 精度背后的科技革命

2025 年 4 月，中国科学技术大学郭光灿院士团队联合安徽省国盛量子科技有限公司，在国际上首次实现基于金刚石氮 - 空位（NV）色心的量子电流互感器研制，在 0-1000A 量程内达到 0.05%的测量精度。这一突破彻底改写了电力监测领域的技术标准。

此次技术突破的核心在于对量子物理机理的创新性应用。团队利用金刚石 NV 色心电子自旋态对磁场的超高敏感性，将电流产生的磁场信号转化为荧光信号变化，实现了非接触式高精度测量。

这种全新的测量原理彻底解决了传统电流互感器受铁芯饱和、温度漂移等因素限制的问题 —— 传统设备精度普遍在 0.2% 以上，而量子传感器的误差仅为其 1/4，且在 - 40℃至 + 85℃的极端温度范围内仍能保持稳定性能。为适应工业级应用，科研团队还攻克了宽量程覆盖、抗电磁干扰、集成化封装等多项工程难题，使设备在 ±800 千伏特高压场景中实现了纳秒级响应速度与皮安级电流检测，相关技术已在合肥 110kV 变电站等实际场景挂网运行，验证了其可靠性和实用性。

这项技术对电力行业的影响堪称革命性。在电网安全领域，量子传感器能够实时捕捉电流谐波、振荡等细微变化，提前 30 分钟预判设备故障，显著提升故障预警能力，减少非计划停电带来的经济损失；在能源结构转型中，其高精度监测特性可有效平抑风电、光伏等可再生能源的间歇性波动，助力电网提升清洁能源消纳能力，尤其在 “西电东送” 等特高压工程中，能将输电效率提升 15% 以上。从产业生态看，量子传感器 20 年以上的使用寿命是传统互感器的 3 倍，维护成本降低 60%，不仅能直接替代传统设备，更催生了基于量子传感的 “数字孪生” 监测系统等新型商业模式，为电力系统的智能化升级提供了关键支撑。

在国际竞争层面，我国的量子传感技术展现出显著的领先优势。0.05% 的交流测量精度和万分之六的直流精度达到国际先进水平，且是国际领先将该技术应用于 ±800 千伏特高压场景的国家，欧美同类技术目前仍停留在实验室阶段。借助政策支持和产学研深度融合，国仪量子、本源量子等企业已实现技术商业化，推出的便携式量子磁力仪在电力、医疗等领域逐步推广，国产量子传感器价格仅为国外同类产品的 1/3，在 “一带一路” 沿线国家市场占有率超过 40%，并主导制定《量子电流传感器技术规范》提交国际电工委员会（IEC），有望确立国际行业标准。

从实验室到工程现场，从技术突破到产业变革，我国量子传感技术在电力监测领域的实践，既是科技自主创新的生动缩影，也为国际能源领域的数字化、智能化转型提供了新路径。