山西
中北大学科研团队正针对芯片级原子磁力仪进行技术讨论。本报通讯员摄
讲述人
中北大学量子传感器件与精密测量特色科研创新团队负责人 刘俊
在航空航天导航、无人装备巡检、电网故障监测等应用场景中，精准磁场感知是核心支撑，但长期以来，国内高精度磁场探测设备不仅笨重，还只能在实验里测个大概方向，想带到野外、装到无人机上，根本做不到。高端量子传感技术长期被国外垄断，成为制约相关产业转型升级的关键因素。
瞄准这一痛点，我们从2014年起深耕量子磁传感技术攻关。团队从基础研究起步，首先把目光锁定在金刚石上，其内部的一种特殊微观结构——NV色心，对磁场极其敏感，能在地磁环境下直接使用，且是固态材料，扛得住恶劣环境，还能做成芯片，是天生的传感“好苗子”。
可研发并不顺利。早期的量子测量方法在实验室进展顺利，一搬到实际环境就“水土不服”——抗不了干扰，实时性跟不上，体积也降不下来。我们决定换个打法，把量子物理、传感技术和信号处理等学科深度融合，实现了磁共振信息的实时精密解算，还自己开发微组装集成工艺，硬是把大型光学平台系统塞进了指甲盖大小的芯片里，最终打造出全部国产化、完全自主知识产权的芯片级地磁固态量子矢量磁场传感器整套系统。
这个微小如芯片的“量子罗盘”，能实时、高精度测量地球磁场或环境中的微弱磁场信号，实现了两大颠覆性突破：一是做到芯片级全固态微型化，将庞大的台式设备压缩至芯片大小，测量精度反倒提升至pT量级；二是实现了在常规地磁环境下X、Y、Z三轴同步高灵敏矢量探测，三个方向的磁场同时测，整套系统通信协议自主可控，彻底打破国外技术壁垒。设备轻量化、集成化优势显著，特别适合航空航天等对载荷、稳定性要求严苛的尖端领域。
今年5月，项目获得第51届日内瓦国际发明展金奖暨评委会特别推荐大奖（特金奖），填补了国内同领域技术空白。目前这套系统已在多个单位实现初步应用，凭借稳定可靠、操作简便的性能收获一致好评，量子精密测量正从实验室走进工业现场。
眼下，我们正全力推进产业化落地与传感芯片量产，同时向磁导航定位、生物医疗、矿产资源勘探等新赛道拓展，持续赋能我省先进制造、精密仪器产业转型升级，为全国高端科学仪器国产化、精密测量技术迭代升级注入硬核力量。
李林霞 郭艳霞整理
来源：山西日报
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