量子技术发展及其电力应用趋势展望

（来源：中国电力新闻网）

转自：中国电力新闻网

　　党的二十届四中全会提出培育壮大新兴产业和未来产业，加强原始创新和关键核心技术攻关。量子技术作为重要未来产业，已连续两年写入《政府工作报告》，今年1月工信部印发《关于组织开展2025年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知》，提出推动量子技术在能源等领域应用落地，为电力量子技术的研究与应用指明了方向。

一、当前量子技术发展态势

　　量子科技是利用量子力学特征的技术统称，涵盖“量子计算”“量子通信”“量子测量”三大基础方向。截至2024年，全球量子技术相关企业共600余家，美国（176家）、中国（107家）处于领先地位，加拿大（49家）、英国（49家）、德国（40家）等处于第二梯队。整体来看，量子技术目前仍处于高速发展阶段，具有较多应用场景的加密、测量等技术有望在未来率先实现突破。

　　就量子测量技术而言，目前处于细分领域商业化应用阶段，我国处于第一梯队。各国量子测量技术已初步在原子钟、地球物理、资源勘探、惯性制导、太空重力、量子雷达等方面得到部分实践性应用，我国在油气勘探、医学检测、材料微观分析等领域率先实现了商业化，但并未整体实现技术领先。多数量子测量技术在磁、电、温、时、力等领域均有超高精度的测量能力，但也均存在低温、损耗、集成等方面的使用局限性。

　　就量子通信技术而言，目前全球处于大规模工程性试用阶段，我国在量子加密网络方面处于领先地位。我国已实现1200千米量子卫星传输、4600千米量子密钥分发等工程试验，已建成量子保密“京沪干线”“武合干线”“国家广域量子骨干网”等应用工程。美国根据《国家量子计划法案》和《全美量子互联网蓝图》，已建成波士顿到华盛顿800千米级的量子通信网，与“京沪干线”处于同等量级。整体上，当前多数量子通信技术，仍聚焦于以量子加密为核心的安全领域，目前密钥分发、量子随机数发生等技术应用较为成熟和广泛。

　　就量子计算技术而言，目前全球量子计算整体仍处于原型机研发阶段，我国在主要细分技术路线实现领先。我国在超导量子计算和光量子计算两个主要的技术路线上，均处于全球领先位置，美、英、加、德等国也处于前列，但整体上全球量子计算仍处于初级阶段。从技术发展来看，多数量子计算技术细分路线已开展实验试验，部分已声称商用的量子计算机仍存在较高的场景局限性，离商业化成熟仍有距离。

二、未来量子技术发展趋势

　　未来量子技术将在多个细分领域率先突破与应用，量子计算技术在电力领域应用潜力巨大。

　　一是未来量子测量的应用成本将进一步下降，普适性将逐步提升，可能在油气领域率先实现突破。研判认为，未来量子测量技术有望在多种类高精测量的专业场景中实现示范，成本将逐渐下降，在油气勘探等少数领域将率先实现普适性应用。

　　二是量子通信仍将聚焦于高安全加密场景，量子加密技术成本与装置研发值得电力行业高度关注。量子通信相对经典通信，拥有近乎绝对的安全性。研判认为，未来量子加密装置成本有望大幅下降，量子加密通信在政务、金融、军事、能源等行业的整体解决方案将进一步成熟，量子加密技术应用更为广泛。

　　三是量子计算机目前仍不具备商业化应用前景，但有望以云平台的方式率先实现商业化应用。目前，中国电信等企业已成功开发多个量子计算云平台，向社会提供量子计算云服务，极大降低了量子计算机的应用难度。研判认为，未来量子计算机的普适性应用，有望以为特定高价值场景开发专用算法程序的方式，在云平台上率先实现。

三、量子技术十大电力应用场景

　　新型电力系统未来将面临着超大规模计算量、超多测量应用场景、超高通信安全和超精密时间等新要求，有望率先实现量子技术的产业化应用。整理当前各电力企业及相关行业已展开的量子应用情况，近期电力量子技术的应用主要有如下十大场景。

　　场景一：电力通信骨干网络量子加密

　　量子保密通信可用于保护政企专网基础设施及其服务的安全性，已在合肥、济南、武汉、海口、贵阳等政府部门率先实现应用。目前，各省级电力公司部分调度、通信线路已成功试验线路级加密，未来新型电力系统的骨干通信网络，也可采用较为成熟的解决方案，进一步实现网络级加密。

　　场景二：电力数据传输终端量子加密

　　目前终端加密已在电力开关、断路器、监测设备上进行了多种试点试验，未来可能面向调度、营销等核心数据传输的电力移动终端设备，针对数据交互的“最后一公里”问题使用量子加密技术以增强安全性。目前，针对终端的量子加密技术已在人民银行、工商银行、建设银行等金融机构ATM、POS机上率先应用。

　　场景三：云端、数据中心及灾备中心量子加密

　　在不同的电力数据中心之间进行数据备份及业务连续性等业务时，量子保密通信可以用于保障数据传输的安全性。目前，该项技术已在阿里云数据中心率先应用。公司灾备中心、数据中心进一步强化数据贯通，可以考虑使用量子加密技术保障稳定同步。

　　场景四：重要活动及区域电力通信量子加密

　　面向奥运保电、重点核心区域保电等典型场景，可以在电话、网络及电力通信中采用量子加密技术以增强通信安全性。2021年，国网公司在杭州亚运保电中，使用了世界首台配网量子加密智能开关，有效保护了亚运电网安全。

　　场景五：电力设备局部放电量子传感检测

　　利用量子检测技术可以为电力设备局部放电等微弱信号进行精准识别与传感。目前，国网公司在利用光量子进行开关柜及组合电器局部放电、南网公司在利用金刚石色心量子进行变压器局部放电方面均有较多的工程试验。

　　场景六：超特高压交直流输变电工程电流电压测量

　　面向超/特高压环境电流测量设备精度不足、稳定性不够、技术难以自主掌控的难题，基于金刚石色心量子传感器，能够实现各电压等级交直流输变电工程电流、电压测量。2025年1月，南方电网联合中国电气装备，已成功研制全球首套±800千伏量子电流传感器，满足1毫安至10千安范围内、万分之六的宽量程、高精度电流测量。

　　场景七：振动、气流、气体等量子监测

　　高压电缆在风力作用下易产生高频低幅振动，变电设备维护与故障诊断需要对气流及气体吸收系数进行精准量测，基于量子传感器能够有效精细感知电力设备及其周边气流气体的变化。2024年11月，国网合肥候店变电站已成功应用多项量子监测技术及相关设备；南网也形成了基于非正交量子测量的气体检测方法及装置。

　　场景八：储能电池全生命周期健康水平监测

　　储能电池涉及10~30年的超长服役周期，传统检测手段存在精度不足、破坏性检测等痛点，当前主要以高冗余来应对电池性能退化引发的安全隐患。因此，实时准确地监测电池状态参数，有利于保障电池安全运行、延长电池寿命、优化储能系统性能、推动电池智能管理。目前，日本已实现金刚石量子传感器高精度监测电动汽车电池，可以有效精确监测电池工作状态。

　　场景九：精确统一电力系统时间频率标准量值

　　电力计量、信通、调度、继保和自动化的授时授频服务需求和实验室现场或远程时频装置检测，对时间频率标准量值有高精细化需求。量子时钟及其同步技术能够有效提升当前电力时间频率量值传递体系，进一步提升电力系统控制水平。目前，中国电科院已建立“三氢三铯”钟组，处于国际电力时间频率标准领先水平，但相较国际领先的铝离子量子逻辑光钟还有精度上的量级差距。

　　场景十：电网潮流量子计算

　　新型电力系统中，分布式新能源主体和多元负荷的大量接入，导致电网潮流计算难度剧增。量子计算能在特定环境下，开发专用算法对电网点、负荷点、枢纽点、平衡点的功率、电压、相位角等进行高速计算，进一步提升电力系统整体的控制水平。目前，国网公司已建成合肥候店量子应用示范变电站示范工程，开发了基于量子计算的专用电网潮流算法并在超导量子计算机上对示范站区域真实电网进行示范验证，但应用条件较为苛刻，普适性和推广性仍有较大提升空间。

四、电力量子技术应用展望

　　一是应用方面，近期电力量子技术应用仍将聚焦在通信及安全领域。从当前技术发展水平来看，量子加密通信的整体解决方案较为成熟，基于量子效应的传感设备体系逐渐丰富，但量子计算各类细分技术仍多处于实验室阶段。从当前产业发展水平来看，以国盾、国仪、赋同量子为代表的相关企业已开始布局场景业务体系，部分与核磁、仪器产业关联度较好的应用场景率先实现了商业化应用，部分电工装备企业也针对自身业务需求，开始自研量子设备及装置。近期来看，电力量子通信主要在骨干通信加密、终端及云端加密、重要活动安保等场景展开应用，电力量子测量主要聚焦在重要电力设备设施的电压、电力、气体、震动、磁场等物理量监测场景，面向特定安全场景与科研需求。

　　二是场景方面，未来量子计算及抗量子加密的电力应用场景众多，潜力巨大。预计“十五五”期间，通信运营商、高校和科技企业均会推出量子计算云平台，平台应用将逐步从实验探索迈入应用试验。新型电力系统中，新能源出力预测、群调群控、电网仿真、潮流计算、负荷预测等高计算需求的场景众多，如电力量子计算设备、量子算法、量子云服务实现算法适配，则有望改变电力系统生产运营方式。与此同时，作为抵抗量子计算高解密能力的抗量子加密技术，在电力调度、通信等高安全领域，有望实现实用化的系统性研究与落地。此外，梳理量子企业、社会及相关学术观点，研判“十五五”期间电力应用场景，未来量子技术的电力应用场景及其发展应用模式如表所示。

　　三是技术方面，未来有望以“经典负责数据处理，量子专攻复杂计算”的融合方式解决新型电力系统复杂计算问题。新型电力系统计算需求巨大，量子计算的超高计算能力有望实现精细化分布式地能源供需调控。未来电力量子将使用“量子—经典”混合计算架构，以经典计算机负责电力数据的处理，量子计算专攻复杂场景的计算，在电力气象、新能源出力预测、潮流计算等复杂计算场景率先实现“量子计算”应用。（刘键烨 傅成程）

责任编辑：闫弘旭