ICV联合光子盒：2023全球量子精密测量产业发展展望

光子盒研究院出品

传感器技术是现代科技的前沿技术，许多国家已将传感器技术与通信技术和计算机技术列为同等重要的位置，称之为信息技术的三大支柱之一。而量子传感器是传感领域的颠覆性变革技术，被誉为工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”。

今年，光子盒将继续与前沿科技咨询公司ICV TAnK合作，成为其唯一中国战略合作伙伴，负责中国大陆地区研究组织工作与商务工作，发布《2023全球量子精密测量产业发展展望》的研究工作，为政界、学界、商界提供全球量子前沿研究和产业决策参考和建议。

后台回复“量子精密测量”，获得英文版报告原文；中文版仍在紧张编译，下周，光子盒公众号平台将发布中文版报告，敬请期待！

原文链接：

https://www.icvtank.com/newsinfo/815900.html

行业研究定义

量子计算机和量子通信被广泛认为是最有前途的量子应用，但技术研发进展较慢，其中主要原因之一是源自量子系统的弱点——它们对外部干扰的强烈敏感性。量子精密测量便是利用这核心弱点，实现对外部某些物理量的测量，也是近年来量子信息技术的新兴应用定义。

最近，量子精密测量已经成为量子科学和技术领域的一个独特且快速增长的研究分支，最常见的“新”平台是自旋量子位、捕获离子和通量量子位。该领域有望在应用物理学和其他科学领域提供新的机会——特别是在高灵敏度和精度方面。

报告分析框架

行业进展

2022年，量子精密测量技术路径百花齐放。随着量子精密测量工程样机的持续迭代，越来越多样机走出实验室，迈向产品化。

1）美国首次发布量子精密测量行业独立战略计划报告。美国官方颁布了首份量子精密测量行业的撰写报告。同时，各国政要对量子精密测量行业的关注持续增加，有别于之前量子精密测量行业被量子信息科技行业“打包”分析。

2）量子时间测量多方面取得突破与进展。

3）量子重力仪、量子梯度仪产业化进展显著，量子重力测量市场会迎来三大增长因素。量子重力测量仪器方面取得重要突破，量子重力测量仪器正在完成从实验室至商业化的转型，传统测量行业的竞争格局正被量子精密仪器的商业化改变。总体来讲，量子重力梯度仪商业化相对起步较晚，但2022年也有商业化突破。

量子重力仪与量子重力梯度仪的发展历程

总体而言，量子精密测量行业在2022年的商业进展中各国商业新闻活跃，受关注程度增加。

未来，随着技术成熟和系统优化，量子测量精度、稳定度、环境适应性、体积功耗等性能指标不断提升。除了相对成熟的量子频率基准、量子磁力计、量子重力仪、量子陀螺仪和量子目标识别五大方向，新技术方向和应用也不断涌现，拓宽了技术路线，为更多物理量（如温度、应力等）的精密测量奠定了理论和实验基础。

未来，量子精密测量产业将沿着专用级（科研、国防）、工业级（能源、航空）走向民用级（医疗、交通）的市场方向发展壮大：

1.替代现有精密测量行业市场份额。例如，芯片级分子钟替代高稳晶振;

2.满足科技迭代后产生的新兴需求。例如，电池质量检测、脑机接口；

3.制定新的行业标准和评估体系。例如，计量与标准制定。

总体发展态势方面，量子精密测量领域具有巨大的发展潜力和广阔的市场应用前景，各技术路径都有相应的研发进展。量子时钟、量子磁力计、量子雷达、量子重力仪、量子陀螺、量子加速度计等量子传感器领域均有样机产品报道，主要为军事、航天航空、科学研究等领域应用。

1）量子时钟

微波原子钟商业化发展成熟，正向芯片化、低成本发展。光学原子钟为目前重点研发方向，向更高时间精度突破。

量子时钟主要分类

2）量子磁力仪

产业化进一步推进，在生物医学、科学研究、军事国防和工业检测等重要领域发挥重要价值。目前，原子磁力计与金刚石NV色心磁力计技术路线得到重点关注，可能推动高端医疗器械的更新迭代，并且成为纳米科学研究的重要工具。

量子磁力计主要分类。注：无自旋交换弛豫（SERF）磁力仪、非线性磁光旋转（NMOR）磁力仪和相干布居囚禁（CPT）磁力仪需要光泵浦效应，是广义的光泵磁力仪的一种，也可称为OPM（光泵磁力计英文名“Optical Pumping Magnetometer”的缩写），目前用于心磁脑磁的超灵敏原子磁力计OPM为基于SERF技术路径的原子磁力计。图中的光泵磁力仪是特指一类利用光泵浦效应极化原子并通过外加射频场破坏极化状态的方法实现磁场测量的磁力仪。

量子磁力计更是量子精密测量产业化中的主要代表之一，目前商业化相对成熟。其利用量子力学原理，量子精密测量技术有望突破经典测量的极限，在灵敏度等指标上有较大的优势。有五大发展趋势：

• 量子磁力计在国防军事应用中已有发展方向
• 经典磁测量传感器逐步“量子化”
• SERF技术将为下一代脑磁图仪器赋能
• 量子磁力计应用前景广阔，金刚石NV色心磁力计与原子磁力计具有巨大潜力
• 多国发布政策支持量子磁力计研发，相关研究机构开展布局

3）量子重力测量仪器

量子重力仪商业化进一步成熟，量子梯度仪商业化突破，首例商业产品出现；量子梯度仪比量子重力仪更有应用价值。

量子重力计主要分类

4）量子惯性测量仪器

冷原子技术能实现自校准导航，将极大提升潜艇无源导航精度；NV色心技术可能使陀螺仪进一步小型化；全量子惯性导航与量子惯性辅助导航。

量子惯性测量设备（量子加速度计 & 量子陀螺仪）主要分类

5）量子雷达

侦测目标；大气、风速等测量；单光子成像量子，增加探测距离，探测速度，生成图像。未来利用量子特性识别隐形目标。

6）量子天线

特种通讯系统性能增强，作战通信和保密，支持抗电子战，对军用天线性能进行强化。

产业链分析

1）产业链上游分析

产业链上游多数为美国、英国、德国、日本的企业，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。

产业链上游企业图谱。注：作为产业生态图，以上LOGO在上游和中游仅体现商业化公司。以上LOGO仅出现一次，但不代表公司在其他环节无布局或无产品。

2）产业链中游分析

根据量子精密测量产业生态图，将中游市场化的供应商进行国家/地区、技术领域标注，可以看出，全球当前主要的量子精密测量市场参与者主要分布在北美（美国22家、加拿大2）和欧洲（25家）；其次是亚太地区，中国（20家）、日本（6家） 、澳大利亚（3家） 、韩国（2家）、新加坡（1家）。

量子精密测量全球主要参与者分布

3）产业链下游分析

目前主要的下游应用还是集中在军事国防和科学研究领域，医疗领域的突出主要是因为磁力计对生物弱磁的探测能力优越，卫星导航和通信领域主要是原子时钟的高精度时频时准应用。

投融资分析

量子精密测量行业是人们公认的能最早实现“量子商业化”的赛道，在量子信息科技领域中商业化应用进度领先。但事实上，量子精密测量领域的划分是晚于量子计算与量子保密通信的，其主要原理是利用后者“量子系统易受外界干扰”的缺点而诞生。量子精密测量涉及量子态的制备，其研究路径不仅复杂繁多，并且微观理论不方便人们理解，这些原因的集合导致了行业有极高的认知壁垒，让投资人们望而却步。

融资轮次趋势及国家政策图览（2014-2022）（单位：融资轮次）

量子精密测量的为投融资主要爆发点为2018年，被关注的技术路径和各国政策方向密切相关。例如，中国初创企业主要为2016年及之后成立，其和重点专项的颁布时间吻合，并于2017年企业开始得到融资。

近年来，全球孵化出多家量子测量领域初创公司，产品在不断的工程化迭代中逐渐成熟，并挖掘各类应用场景，推动量子商业化进展。预计2022后，在中国、美国的新政策下会涌现更多的初创企业与投融资活动，尤其是政策中涉及的相关技术路径。

量子精密测量融资信息（2020-2022）

国家及各融资轮次数量（2020-2022）（单位：融资轮次）

按技术路径市场分类历史融资笔数（2020-2022）（单位：融资轮次）

按应用市场分类历史融资轮次数（2020-2022）（单位：融资轮次）

市场规模分析

这些数据显示了量子精密测量市场从2019年到2030年的市场规模，以及2019年至2030年的年复合增长率。市场正在快速发展，并且具有较高的增长潜力。

量子精密测量全球市场规模预测（2019 & 2022 % 2025 & 2030） （单位：百万美元）

上图市场规模主要包含了量子时间测量、量子磁场测量、量子重力测量、以及其他量子精密测量仪器。全球量子精密市场规模预计从2019年的11.2亿美元增长到2030年的25.27亿美元，市场规模呈现不断上升趋势，年复合增长率为7.97%。

预计2030年，量子精密测量市场数据增长到25.27亿美元。从数据来看，所有量子精密测量仪器的市场份额都在随着时间的推移而增加，表明对这些技术的需求不断增长。与其他仪器相比，量子时钟的市场份额增长速度较慢，但在所有仪器中仍占据最大份额。量子磁力计和重力计的市场份额增长更快，表明这些技术在各种应用中变得越来越重要。此外，其他仪器的市场份额也在增长，表明对这些技术的需求也在增长，未来量子陀螺仪、量子加速度计及量子天线等设备商业化成熟会让量子精密市场进一步扩大。

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