量子科技雖然很神秘，但其實離我們并不遙遠。它作為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域，具有重大科學意義和戰略價值。

量子+電力“新賽道”進展如何？

日前，合肥候店量子應用示范變電站正式投入使用，該站是我國首個應用覆蓋量子測量、量子通信、量子計算三大方向的在運變電站。它的建成投運，標志著量子技術在電力行業產業化應用方面取得重大突破。

什么是量子？量子能為電網帶來什么？量子應用示范變電站有哪些新技術？

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這些疑問，我們一個個回答。

1 量子力學，揭秘微觀世界的奇妙科學的進步，推動人類對“光”的理解越發深入細致。1900年，德國物理學家普朗克首次提出“量子”概念，他假定光輻射與物質相互作用時，產生的能量不是連續的，而是一份一份的，一份“能量”就是“量子”。

5年后，另一位偉大科學家繼續打破人們“能量是連續性的”的固有認知，將對“量子”的認知推到一個新的高度。你知道嗎？當光照射到金屬表面時，會把金屬的電子給“打”出來，當“打”出來的電子開始移動，就形成了電流，也就有了電，這種自然現象叫光電效應。

但增加光照時間和光的連續性，并不能把更多電子“打”出來，經典物理理論無法解釋這種現象。

1905年，年輕的科學家愛因斯坦，用“量子”解開了光電效應難題。他提出了“光量子”的假說，認為光輻射的能量本身就是“量子化”的，換句話說光是由一份份“能量包”構成的，“能量包”大小跟強度也就是連續性沒有關系，而是和頻率有關，這也就為“光是粒子”提供了確鑿證據。

這種新認知將人類的視線帶入微觀世界里，吸引了玻爾、海森堡、薛定諤等一代又一代的科學家，走進那令人心馳神往的量子世界，建構了一個重新認識物理世界的認知體系。如今量子力學成為現代物理學的兩大支柱之一，帶來了原子能、半導體、激光核磁共振、超導和全球衛星定位系統等重大技術發明，從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌。

2 量子精密測量，精準捕捉電網微變化

量子與電力“碰撞”會擦出怎樣的火花呢？我們先聊聊量子精密測量。

精密測量是科學研究的基礎，可以說整個現代自然科學和物質文明是伴隨著測量精度的不斷提升而發展的。

以時間測量為例，從古代的日晷、水鐘，到近代的機械鐘，再到現代的石英鐘、原子鐘，隨著時間測量的精度不斷提升通信、導航等技術才得以不斷發展，給人們生活帶來極大的便利，也為新的科學發現提供了利器。

量子精密測量，則是利用量子力學規律對時間、頻率、加速度、電磁場等物理量進行高精度與高靈敏度的測量。用以尋找暗物質、暗能量的蹤跡，提高核磁共振精度實現精準醫療，開展更為精密的深海探測……

那么量子測量用在電力系統上究竟要測什么呢？

新型電力系統中，電流測量范圍變得更廣小到幾微安培，大至上百千安培，依靠傳統測量技術無法滿足測量精度要求。量子精密測量可以通過對聲、光、電、熱等特征量的高靈敏測量捕捉電網的微變化，在早期發現設備異常情況并迅速傳達給相關人員，提高應急處置效率。合肥候店量子應用示范變電站，應用了國網安徽電力科學研究院電力量子感知實驗室自主研發的量子電流互感器、量子一體式直流電能表、開關柜多參量傳感器等首臺套設備，實現電網運行和設備狀態的精準感知。

該站應用的量子電流互感器，是世界首款基于量子效應的電流互感器。它采用金剛石作為傳感材料，通過對金剛石中電子能級的操控和讀取，將電力系統電流測量精度提升近百倍。開關柜是電力系統中接受和分配電能的重要裝置，由于長時間處于復雜的運行環境中，開關柜內部或其絕緣系統可能發生局部電氣放電現象，進而導致絕緣材料的逐步劣化、失效，甚至引發電氣故障。一款芯片大小的探索微觀世界的新工具解決了上述問題。國網安徽電科院電力量子感知實驗室，應用納米尺寸的量子點材料，研制開關柜多參量傳感器，實現最高一億分之一的氣體成分微量檢測。

“一億分之一”是什么概念呢？拿拼圖舉例解釋。我們常見尺寸的拼圖拼塊一億片大約能鋪滿超過3個標準足球場的區域，假設其中混入了1片其他的拼塊，我們的傳感器就能馬上發現立即捕捉將隱患消除于萌芽之中。

3 量子通信，給信息傳輸前所未有的“安全感”

電網不僅是電力傳輸系統，也是信息通信系統，發、輸、變、配、用每一個環節都涉及海量的信息，保證數據安全傳輸任務艱巨。絕密通信——量子通信技術可以實現電網關鍵業務數據加密傳輸。在量子加密的通信過程中每個量子態都代表了一個可能的密鑰，只有正確的密鑰，才能打開通信的通道，由于量子態的不可預測性，每被測量一次都會發生變化，因此，任何“非法闖入者”“竊聽”密鑰的行為都會被第一時間感知，只有“合法”的兩個通信者通過制定協議，才能得到確定的信息。因此利用量子態來代表信息，可以有效防止信息被“竊聽”。

合肥候店量子應用示范變電站建立了量子密鑰分發平臺，通過電力量子加密設備實現調度自動化、配電自動化、巡檢無人機等的。數據加密

拿巡檢無人機舉例，幫你理解整個加密過程。執行巡檢任務前，無人機從量子密鑰分發平臺，獲取量子密鑰，執行任務期間，一旦出現任何“竊聽”行為，都會立即被平臺檢測到，更厲害的是，信息即便被攔截，也會因為量子態的改變，而無法被識別，即便是使用無限的計算資源，和最強的物理手段，也無法破解這種通信方式，從而守護，控制指令、高清圖像、視頻等，海量信息安全。

4量子計算，探索電網大規模仿真的新路徑

電力系統的安全穩定運行，離不開大規模分析計算的保障，量子計算如何賦能電網大規模仿真？它與傳統計算的區別又在哪里？

近日，谷歌發布，新一代量子計算芯片Wilow，谷歌宣稱，在特定計算任務中量子計算芯片Wilow，完成一項標準計算僅需要5分鐘，而超級計算機需要億萬年才能搞定。

消息一出，便在全球科技界引起了巨大的轟動，如此強大的算力從何而來，這就要先了解一下，量子計算機截然不同的計算模式。我們的老朋友——傳統計算機，使用0或者1的比特來存儲信息，N位比特的處理器，在同一時刻只能存儲一種狀態，超算領域的超級“特長生”，以量子比特，作為信息編碼和存儲的基本單元，依靠量子比特之間的“糾纏”，獲得算力，相互糾纏的量子比特數越多，算力就越強。N位量子比特的處理器，在同一時刻，可以同時保存2的N次方個狀態。

看一組數據來直觀體會一下，如果用每秒運算，萬億次的傳統計算機，來分解一個300位的大數，需要10萬年以上，而使用量子計算機，則只需要1秒。

值得驕傲的是，合肥候店量子示范站開發應用基于量子計算的專用電網潮流算法，并通過國內比特數最高的，工程化超導量子計算機對真實電網進行示范驗證，為區域網架潮流計算、負荷預測、，穩定分析計算、電力交易等，探索一條新路徑，能更精準反映電網各節點的，能量流動分布幫助制定合理的市場規則和價格機制，在電網發生故障或受到干擾時為其保駕護航。

5 量子應用示范變電站，電力量子的“樣板間”

以量子信息科學為代表的量子科技，正在不斷形成新的科學前沿，激發革命性的科技創新，孕育對人類社會產生巨大影響的顛覆性技術。

在我國，總里程超過10000千米的國家量子骨干網已全線貫通，量子科學實驗衛星“墨子號”已成功發射，70億年誤差不超過一秒的，高精度光鐘亦成功研制量子激光雷達、磁場精密探測等，若干方向均達到，國際領先或先進水平。

一句話，量子科技已成為新質生產力的關鍵新賽道。面向經濟主戰場和國家重大需求，國家電網公司，布局電力量子技術研發應用，挖掘能源轉型發展下，電網測量、設備檢測、數據通信等，領域技術革新需要，結合安徽合肥量子技術創新策源地優勢，打造合肥候店量子示范站——電力+量子的首個“樣板間”。

國家電網公司聯合，中國科學技術大學、合肥國家實驗室等，高校和研究機構，國盾量子、國儀量子、，國盛量子等創新企業，貫通“電力+量子”產學研用鏈條，實施基礎理論、人才培養、，實驗體系、重大項目和示范工程，“五維驅動”發展戰略，探索量子技術，在能源領域實用化、工程化。

截至目前，合肥候店量子示范站已集中應用了，18類85臺套電力量子技術裝備，實現基礎設施“跨越式”升級，“墨子”升空，“九章”問世，“祖沖之”加速，“悟空”誕生，科研走在國際前沿的安徽省，正在向研發與產業“雙高地”轉變，高科技產業發展，高可靠電力保障，合肥這座量子變電站的投用，正是對新型產業鏈的“定向加速”，試運行半年多以來，示范站保障上千家高新技術企業，獲得高質量可靠電能的供應，接下來，還將有越來越多的，電網“黑科技”，走出這片創新試驗田，惠及萬千百姓家，以量子新質生產力，賦能新型電力系統建設，未來可期。