量子精密测量行业赋能白皮书2024.docx

冷1国仪量子<W, CIQTEK量布密测量行iU®能白皮书I技术I变革I产业I未来I目录CONTENTS111技术简介Technology钻石NV色心01原子磁力计03冷原子干涉04里德堡原子06原子钟0702产业应用Industrial Application新能源09半导体/集成电路18生命暗22医疗健康31能源勘探42恒/麻/安全46基础科研50计量学56技术简介/TechnologyNitrogen-VacancyCenterinDiamond钻石中的NV色是一种极具潜力的固态自旋体系，能够作为从直流到吉赫兹频段的磁场，以及电场、温度、应力等物理量的量子精密测量探针。单个NV色心仅有原子级大小，能够实现单分子级别的磁共振探测.二三系综NV色心阵列能够在亳米级大视野内实现光学衍射极限分辨率的矢量磁场成像，灵敏度通常能到THz0体系综NV色/心能制成与原子磁力诳磁导量子干涉仪类似的高灵蟠头，矢量磁场灵敏度能到亚pTHze由于良好的生物兼容性，含有NV色/心的钻石能在室温大旃境下进入生物系统，实现对生物体疾病相关生命活动的原位检测。而且由于钻石的稳定性，NV色/渊十对于环境容忍度极高，能兼容极低温iJ高温、高压、强磁场、朗搭极端环境。NV 色通常研究人员使用高温高压法或化学气相沂积法制备高纯度的钻石基底，通过离子注入在钻石内部产生NV色心，或通过化学气相沂积法进行氮掺杂期梃生长，在钻石基底上产生含NV色的生长层。02钻石上的微纳加工工艺与半导体领域硅基材料的加工工艺类似，电子束刻蚀、聚焦离子束、激光切割等工艺均能很好地用于钻石的微纳加工。为了更有效地用NVfe>,可在钻石上制备包含NV色心的固体浸没透镜、纳米柱阵列等光波导结构。而且，纳米柱可以替换原子力显微躺针的针尖,实现纳米级分辨率的扫描磁场成像。为了更好地使用NV色进行探测，研究人员发展了一系列量子操控技术。例如通过动力学解耦序列、自旋回波序列等方式可延长NV色心的相干时间；通过重复读出序列、自旋-电荷态转换读出等方式可提升NV色/心读出保真度.同时他们也发展了如任意波形发生器、任意序列发生器、锁相放大器等高速电子学器件，用于操控NV色,实现量子精密测量。钻石纳米柱探针扫描电镜图中国科学技术大学瑞纳加工平台图片来源：AtomicMagnetometer原子磁力计是一种利用原子能级间量子跃迁的特征频率测量磁场的量子精密测量仪器。其原理是使用与原子蝇的激光对原子进行泵浦，使其极化，在待测磁场的作用下探测光的偏振方向会发生旋转，利用法拉第磁致旋光效应将磁场信息附载在探测光上，之后将探测光信号转换为电信号，最终输入数据采集装置，进而获得磁场信号。当原子磁力计工作在无自旋交换弛豫状态(SERF)下时，其磁场强度灵敏度不受自旋舟姚豫隹麻响，皿班灵敏度达三r耕獭拉(件)级SU(1产T),剧碑历的V1012(50T),演好平碘三ttt1ISOh,03是目前最为灵敏的磁场测量手段之一，并且具有非低温工作、易于小型化、期睁尢点。碱金属及原子能级结构.a.碱金属原子气室。b,法拉第飒旋光效应.c.碱锄原子能级结构图片来源：江敏的基于高灵敏度原子磁力计的超低场核磁共振研究(b)、(c)ColdAtomInterference冷原子干涉是基于原子的物质波干涉仪的量子精密测量方案,主要原理是通过激光调控技术实现量子态的制备和螃，通过相位信息读取并经探测器捕捉光信号转化为电信号实现量子态读出。近年，冷原子干涉技术路线随着基于激光冷却、磁光阱、腔QED等技术的进展酶升温起来，其触在于降低T与速蝴关的飕，减速(或被囚禁)的原子可以被长时间观测，从而提高了测量精度。目前主要的应用场景是对重力稀口其他惯性力场进行精确的测量，构建具有高精度、零偏移等性能的04重力仪及陀螺仪等。在绝对重力测量方面,实验室灵敏度指标已经突破0.001Gal(1012gHz),BT冷原工壁几Gal(IO9g/Hz)L在重力梯度测量方面，实验室灵敏度指标已达到1E(109s2),工程样机指柿i!J10E.基于冷原子的物质波干涉 横术图图片来源：ESA-CoId atom interferometry experiment (上)图片来源：ESA-NewColdAtomInterferometryVacuumChamberBenefitsEarthObservationMissions团）图片:MDLachmannetal.,Ultracoldatominterferometryinspace.Nature,2021.（右下）目前室内设备级（大体积固定式）的冷原子重力仪装置研发成果较多，未来随着芯片级原子囚禁技术、微型真空腔技术的成熟，低成本、小型化的便携式原子重力仪或将在民用级导航领域规模化推广。基于MEMS技术将电场、磁场和光磁制技术进行集成，可实现芯片级的原子囚禁、冷却、导引、分束等操控，目前已实现在数百微米尺寸光学表面上，在35K制三三iS百个冷原子芯案。05酊小型化冷原子系统 的微型真空腔图片来源：Cold atom gravimeter06Rydberg Atom里德堡原子具有大极化率、彳氐场电离阈值和大电偶极矩的特性，对外部 电磁场十分敏感。利用里德堡原子的量子干涉效应测量微波电场强度的灵敏 度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度，在应用方向上也发展了 原子微波电场诳口原子微波磁场计这两大分支。例如，基于里德堡原子的微 波测量灵敏度可达Vcm 7 Hz),电场灵敏度可松百pVcm里德堡原子测量方案有几点优势。 要额外校准；其二，基于原子气室的 探头对被测的电场干扰少；其三，测 量频率范围和灵敏度也不依赖于探头 的物理尺寸。同时，还可以实现对微 波电场偏振方向的测量，实现亚波长 和近场区域电场的测量与成像。通过 选择不同的里德堡能级，可以实现 1 500 GHZ超宽频段范围内微波电 场强度的测量。其一，可以溯源到标准物理量，不需电磁诱导透明Electromagnetically induced transparency (Em原子气体用于探测极弱电场信号的里德堡原子气室及探测光路系统AtomicClock随着激光冷却原子技术的发展,利用激光冷却的原子制造的冷原子钟使时间测量的精度进一步提高。冷原子钟是通过降低原子温度，使原子能级跃迁频率更少地受至的卜界干扰，从而实现更高精度的时间基潮顷率的测量。目前，最准确的原子钟是将原子冷却到接近绝对零度,用激光减慢原子热运动，并在充满微波的空腔对原子进行探测，对这些几乎不动的原子进行测量，结果会更加准确。地面上精确度最高的冷原子喷泉钟的误差已经缩小到1秒/3亿年，更箴三度的冷原子光钟也在速发展中。股口，NIST-Fl原子钟，它是美国的主要时间和频率标准之一.07冷原存帐术发展的下子,是走向空间冷原子钟。与地面冷原子钟同，空间冷原子钟主要利用了空间的微重力环境。科学家们预计，在微重力环境下所获得的拉姆齐条纹谱线线宽可达0lHz,比地面冷原子喷泉钟谱线窄一个数量级，从而可以获得更高精度的原子钟信号。空间冷原子囚禁装置图片来源：网络NewEnergy磁杂痕检测行业痛点：锂电池生产中，原材料的磁性杂质含量是影响电池状态性能以及健康状态的重要因素，因此，对锂电池原料中磁性杂质含量的检测要求十分严格（行雄在PPM级别）。目前产线上仅依靠电磁体装置进行除杂处理，并通过抽样方式进行磁杂定量。具体为：先用磁棒吸取浆料中的磁性杂质，然后刮下来溶解，用发射光谱仪（ICP）的方法测定其含量。然而这种质控方法耗时长（样品处理+测试需要小时级别），过程繁琐，并且无法实现在线全检，导致不同批次生产的电池一致性难以满足更高要求。蝌除磁杂装置示意图 图片来源：网络排铁磁铁产品铁三三M1:基于量子精密测量技术高灵敏度、非入侵、非接触方式的磁场测量能力，并结合多级电磁除杂装置，可实现在线磁性杂质含量检测与去除，提高锂电DLG德也铲臃 图片来源：网络510(ZI1050亿150100fZUli三l三IIIIH.JU!1!；03年I36年I610年.iB锂电池漏电流检测行业痛点：随着应用需求发展，各行业对锂电池的性能要求也在不断提高。目前衡量电池漏电流状态的方法是测量电池自放电率。该方法通常需要花费几周时间，极大增加了时间成本和仓储成本，严重影响了产品的生产和上市进度。Il赋能价值：基于量子精密测量技术，以非破坏性和非接触的方式表征锂电池漏电流.产生的磁场特征，进而判断出锂电池的自放电状态，有望将检测时间缩短至分钟量级，可极大提高锂电池缺陷状态分析的效率。整套设备可以进一步兼容至锂电池生产线，做到“即产即检".动力电池缺陷在线检测510 亿10 50 亿50 100 亿ihiiiiiiiiiiiiMlIilMmII-IiiiiiiiiiiiiiMIIlll高精度BMS系统行蜩点：现代的新I糠柞大量使用锂电池作为储能设备，电池！理是关键技术之一。正确评估电池剩余电量，有助于提升电池的使用寿命与可靠性，而电池剩余电量评估的准确性依赖于电流传感器的精度，因此，电流I2传感器精度的进一步提升可以满足下一阶段BMS系统的需求三三旗：基于量子精密测量的电流传感器可以精确测量电池的工作电流，提升BMS对电池乘除电量的管理精度，提升有效续航，改善:气车的各项指标。新能源汽车BMS系统 图片来源：网络O3年I36年I610年.储能装置健康诊断行啊点：储能电池管理系统（BMS）是通过电子电路、软件安取储能电池系统的电性能参数（电压、电流、温度、阻抗等），实现储能电池的SOUSOE,SOH.SOP等状醐计算，同时对电池系统进行分段控制、运行W均衡管控、热管理、故障告警等控制。随着电池储能技术的大范围推广，需要对在役储13能电池堆的安全状态进行更高效准确的评估。.赋能价值：.基于量子精密测量技术研究储能电池不同状态下的电场、磁场、温度等多物理场信号之间的耦合关系，可以建立测量信号与储能装置电性能之间定性或定量的特征关联模型，进一步构建信号安全判定模型，有望在大容量储能装置上实现徘接触实时安全状态监测。S510亿I1050亿I50IoO亿,:JlIllIHnUiU行甄点：光伏设备可将取之不尽、用之不竭的太阳菖维化为电能，在改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现可持续发展中具有重要意义。光伏技术的进步在很大程度上依赖表征光伏材料和器件特性的新技术发展。影响光伏设备效率的因素有很多，例如模块中的缺陷、载流子复合位点和分流电阻等。因此分析和测量各种缺陷有助于提升光伏能量转化效率，提升器件性能。在众多评估器件特性和定位分析低效原因手段中，解析器件内部电流的空间分布是一种直观高效的评估式.基于量子精密测量技术能够实现无须接触的高灵敏度电流成像，能够用于光伏设备的失效分析。该方式兼具亚微米分辨率和毫米量级成像视野，同时允许光激发待测光伏组件，有望为提升光伏器件性能和稳定性提供一种高效的分析工具。510亿!1050亿.50IoO亿；iMH叽03年I36年.610年I，15口皿WinW!mHM他!1皿行甄点：与传统核电站使用的核裂变相比，核聚变的燃料是气和氤，在海水中储量丰富。而且核聚变产物是氨气，不会伴随放射性核废料。故聚变能是一种清洁、碱的新型能源，各国均在紧锣密鼓地研究可控核聚变技术.托卡马克聚变装置是公认的探索和解决未来聚变反应堆工程和物理问题6最有效的途径之一。装置中聚变等离子体优化和控制需要高场磁力计。然而目前没有磁力计能够在托卡马克装置内部的极端辐射、高温、高磁场环境下.稳定工作。三三三:基于量子精密测量技术的磁力计能够在高温、高压、强辐射环境下正常工作，有望为托卡马克装置和其他极端环境下的磁场装置提供诊断能力.Semiconductors/IC行蜩点：磁阻式随机存储器（MRAM）是一种以磁性隧道结为单元的新型存储器技本MRAM兼国BRAM的南复展RAM的速新闪i押陶失t铐雕，有望成为下一代新型存储器。为了在实际应用中集成纳米尺寸的磁性隧道结，必须发展纳米磁场表征18技术。铁磁性纳米结构表征的主要挑战之一是需要测量单个纳米磁结构产生的磁场，然而单个纳米结构输出的磁信号往往小于大多数传统磁力计检测下.限。此外，测量大阵列式的纳米磁性结构需要复杂且高成本的前处理工艺，最终测得的信号也可能存在统计误差，无法准确表征单个纳米磁性结构的特-性。赋能价值：基于量子精密测量的磁成像技术，有望检测单个纳米磁性结构的磁场分布，结合变化的外加磁场，能够测量纳米元件磁性反转特性。该技术能够实现定量、无损的纳米尺度材料磁场检测，有潜力成为表征MRAM中纳米磁性结构的常用手段。03年36年610年»»n厕行蜩点：随着半导体工业的发展，集成电路芯片如摩尔定律预测一样，集成度与性能不断提高。对于越来越小的单元和器件，失效分析和错误定位也变得愈发困难。同时三维微电子封装的复杂性引入了更多的潜在失效位点，例如不同的管芯、组装层或层与层之间的互连，对这些失效位点的检测是一个重大抖她20传统的检测手段如伏安特性分析无法精确地定位失效位置，而光束诱导.电阻变化和微光显微镜等技术的场景适配性不足且设备昂贵，并且需要一定.透光,无法满足三维芯片检测的需求基于量子精密测量原理的失效分析技术，可以探测芯片不同层以及层间电流的分布，也可以重构单个PN节载流子的密度分布。更击陛，该技术能够探测热态芯片表面的温度分布，重构器件内部电场信息，实现多物理场成像，进而定位芯片失效位点。因此，量子精密测量技术可用于芯片设用口研发，提升芯片品质。量子钻石显微镜原理图 图片来源：SM Oliveret al., Vector magnetic current imaging of a8 nm processnode chip and 3D current distributions using the quantum diamond microscope. arXiv, 2022.I510亿Iio50亿I50100亿jSI03年I36年I610年.IHMBlBfMnMMuiIWMMimiIIii1.ifeSciences神经元细胞磁成像行蜩点：在微观尺度下感知神经元的电生理活动，对于理解退神经疾病的发病机理和早期治疗有着重要的研究价值，其中，发展一种无需直接交互即可在任何类型的解剖活组织中被动地、微观地记录神经元细胞电活动的感知技术至22关重要。现有的电测量因侵入式（电极接触以及电敏感材料）会对组织产生损害。磁测量技术大多以粗略的空间或时间分辨率进行局部的信号采集，这些探测技术不能有效得提供单个神经元的空间分辨率信息。基于量子精密测量技术，通过轴突中离子电流引起的生物磁场变化的检测，可实现对神经元电信号的被动、显微记录，而不需要直接的样品侵入式眺并且基于传感器具有的生物相容性，能够在没有不良影响的情况下与生物体紧密接触，从而实现对神经元磁场的长时间高分辨检测。并达到亚毫秒的时间分酒。量子传感器检测小鼠脱脏体轴突电信号图片来源：JFBanyetal.,Opticalmagneticdetectionofsingleneuronactionpotentialsusingquantumdefectsindiamond.PNAS,2016.细胞离子通道磁成像亍业痛点：细胞生物学中，胞间接触和连接是关键通信和相互作用的场所。这些位点的通路及信号物质组成的动态变化决定了所有细胞内外的相互作用。常规检方法!蝴冬躲级节的灵敏第Dm度。23基于量子精密测量的新型电信号成像技术，可以对细胞间局部环境的电荷以及交界面连接组织的电信号动态变化进行成像。如从细胞膜中的单离子通道开始，检测细胞膜、细胞外界箭口连接处以及细胞内界面的组分系统。细胞膜内外的生物信息传感成像图片来源：httpsqubbe.uchicago.edu/research/translation.html小系综三e行业痛点：代谢组学是研究关于生物体被扰动后（如基因改变或环境变化后）其内源性代谢物质种类、数量及其变化规律的科学。其研究方式通常采用气相/液相色谱-质谱联用（LC-MS）.核咐既波谱（NMR）等先进分析检测术结24合模式识别和专家系统等计算分析方法。但针对难以离子化的物质，质谱手E殳难以触达。NMR具有高重复性的特点，但是其低灵敏度的技术瓶颈会导致.低丰度样品无法别。基于量子精密测量的检测技术可以与质谱联用，采用对样品外加磁场进行极化处理，核磁共振扫描获取样品结构信息，进一步进行质谱定量分析的流程，可实现复杂代谢组学样本中多种低丰度、未知成分的m潮向定性及定量分析，重复再现性好、灵敏度高。与LC、CE等色谱技术联用的小系综核磁分析系统图片来源：专利用于代谢组学样品成分检测的方法510亿1050亿50IOo亿610年！IiiiiiiiiiiiiIiiiiiniii|原傥触测量行啊点：温度敏感荧光材料被广泛开发和应用于非接触式细胞内和体内温度监测。现有的发光纳米测温技术测温范围窄，大多数都需要进行表面修饰，以克服25其在尺寸、生物相容性和表面亲水性方面的限制。并需要通过激光或药物刺激进行局部加热以改影卜部介质的温度来验证其功能。8三你直：量子精密测量基于NV色/触光学和自旋特性，对小尺度的温度波动极其敏感。与传统方法相比，传感器的空间尺度覆盖纳米到微米，且钻石材料的生物相容性良好，可实现单细胞内的原位测量。秀丽线虫成虫在药物治疗下的温度探测图片来源：MFujiwaraet.aI.,Diamondquantumthermometry:Fromfoundationstoapplications.Nanotechnology,2021.单细胞核磁共振成像行蜩点：实现单个细胞的核磁蜘成像（MRI）测量将会为细胞的组学研究带来新的分析维度。基于传统的核自旋成像方法受制于电测量的灵敏度限制，其空间分辨率止步于1微米尺度。为了突破此瓶颈,业界开发了基于超导量子干涉仪或者磁共振力显微镜的技术，将分辨率推进到纳米级别，然而这些方案需要配置低温以及真空环境的复杂系统，一定程度上限制了纳米级别的单细26胞MRI的应用囹二结合了钻石NV色/旃针的高灵敏度及纳米位移控制下高空间分辨率的特性，量子精密测量技术可在室温下实现单细胞原位的铁蛋白磁性自旋成像以及磁共振-电子显微镜关联成像，分辨率可达10nmoOONV日g铁蛋白磁场成像结果图片来源：PFWangetal.,Nanoscalemagneticimagingofferritinsinasinglecell,ScienceAdvances,2019.细胞力显微镜行业痛点：生物膜的机械特性是调节整个细胞体完整性的首要生物物理特性。使用原子力显微镜(AFM)检测时，由于压痕尖端和材料之间的局部接触信息不清晰,会导致无法建模，难以将健与细胞力学特性联系起来。赋能价值：使用量子精密测量技术来绘制AFM压痕引起的固定细胞的非局部变形，无须获取局部接触的详细内容，即可观察到细胞上的弹性和毛细现象之间的通过纳米金蜘(NDs)施囹专感同时评估细胞表面/次表面的毛细管现象和5雌三R褚：YCUietal.,Measurementofsingle-cellelasticitybynanodiamondsensingofnon-localdeformation,ar×iv,2021.510亿1050亿50100尺寸约为46 nm 垓光 纳米金刚石（FND）在 HeLa细胞中的定位图片来源：O Faklaris et al., Photoluminescentdiamond nanoparticles for cell labeling: study of the uptake mechanism in mammalian cells, ACS Nano12009.（左）猪组织中FND标记的间 充质干细胞（MSC）的荧 光成像来源：IJSUet al., Fluorescentnanodiamonds enable quantitative tracking of human mesenchymal stem cells in miniature pigs. Scientific Reports, 2017.（右）纳米钻石颗粒行蜩点：理想的细胞示踪方法应具有生物相容性、无毒性、无须基因修饰、单细胞检测灵敏度，并允许在任何解剖位置定量细胞数量的能力。尽管X射线、磁共振、正电子发射、伽马发射和基于超声的方式已经实现了体内移植干细28胞的非侵入性成像，但用这些方法在细胞层面均存在不同的问题和困难。三三旗：荧光纳米钻石（FND）具有高度的生物相容性和完美的光稳定性。自2000年以来，一直被用作短期或长期分析的荧光探针。FND可以在亚细胞及细胞尺度使用，它们有限的衍射尺寸使其能够以高时空分辨率和与周围环境的高对比度去追踪细胞内过程，也可以追踪治疗化合物或器官中全部细胞的活动过程。主要应用场景为胞内、分子过程传感和用于治疗或诊断目的生物体长期510亿1050亿50100亿IIIIIHIIlllIlllIWlIIlIHIIM酬IIIlIIR；03年I36年I610年.IUjIIIiIIIIJ训训MIlI阳而/行业痛点：带有超导磁体的高场NMR谱仪很昂贵,需要腾进行低温维护，并且无法移动；高场t三蝙强磁体往往存在严重的磁场不均匀性，限制了NMR的分辨率。因此，传统的NMR需要复杂的系统以产班间均匀的磁场。赋能价值：NMR的过程分为极化、编码和检测。在传统的高场NMR中，三个阶段发生在同T间区域，而在低场/零场核磁共振波谱(ZULFNMR)中，这些过程可以在空间上分开，提升了检测手段的灵活性.ZULFNMR实验可以使用永磁体阵列，不需要超导磁体，并且可以配合超极化技术使极化效率远超传缄极化手段。ZULF已经发展到使用亚T甚至零场的工作模式，具有更高的磁场均匀街哨怎粹，便1鳏，可源瓠凰ZULFNMR已S路施嘲整批包括材料科学、量子信息处理、基于NMR的量子设备不诵魄)理学实验中。原子磁力计构建的便携式ZULFNMR谱仪，用于生物小分子的低成本NMRigS图片:PPutetal.,Zero-toUItraIowFieIdNMRspectroscopyofsmallbiomolecules.Anal.Chem.,2020.30mvttM<«低场下原子磁力计构成的MRI图源：CPapadelisetal.,CurrentandemergingpotentialformagnetoencephalographyinpediatricepiIepsyJournaIofPediatricEpilepsy,2013.31HealthCare行业痛点：与疾病发生、发展密切相关的低丰度生物标志物的超灵敏、多重检测是临床诊断、疾病分型、药物筛选等生物医学领域的重大需求。常规的免疫检测（例如化学发光）受限于仪器检测灵敏度低、检测样本复杂、背景信号干扰多等原因，无法满足在神经、月螭、心朋等领域的极低丰度标志物的敲L高灵敏度检测。基于量子精密测量的检测技术具有高信噪比、高通量、均相免;精优势，可通过磁性标签对标记的生物标志物靶点进行数字化读出，实现简单快速的蛋白质超灵敏检测。该检测技术可应用于神经、肿瘤、免疫、心血管、炎症等多个有低丰度检测需求的领域，女喉病机理的挖掘、早期诊断药物发现以及疗效的判断。基于量子精密测量技术可以微米级磁珠进行定位和定量检测，实现特异性细胞的区分，从而达到对循环肿瘤细胞的精确定量,这是一种潜在的新型I颉畛断方法。阿尔茨海默患者梗中血样蛋白的异箭翩图片来源：https，www.nih.gov/基于NV色心69量子磁传感器磁场信号图免疫检测宽场磁成像装置PoCT是体外诊断器械(IVD)的L个细«0其凭借便捷、快邮优势，可在患者身边快速取得诊断结果。侧向层析技术(LFA)是PoCT广泛使用的方式之一，但由于其灵敏度低、定量能力差，对早期疾病诊断中低丰度生物标志物检测能力差，因此应用场景受限。f三:33纳米钻石具有高亮度、选择性调制的特性，可以替换传统LFA中的荧光分子、胶体金、上转换纳米颗粒等，作为新型的标记物，具备实现低背景、极高灵敏度的快速检测能力。.在LFA中使用FND砺意图34211。IMOM利佣LFA上FND的生物素-亲和素结合表征检测的基本极限图片来源:BSMilleretal.,Spin-enhancednanodiamondbiosensingforultrasensitivediagnostics.Nature,2020.510亿1050亿50l亿03年36年610年Bimiiiii卿IlHIIHiiiiiiiiiiiimiiiimimiiiiiiiiiiiiii行业痛点：35当前心血管类疾病临床需求主要包括心肌缺血功能评估、先心病早期诊断等。在心朋缺血功能评估面，由于ECG灵敏度有限，FFRQFRSPEeT等有创、有辐射，因此缺乏早期、高灵敏的安全无创手段；在先心病的早期诊断方面，主要通过超声来进行，以结构性为主，在推断功能方面手段有限，缺乏功能学检测途径。心磁图（MCG）是利用极高灵敏蜗测器检测人体心脏磁场信号进行分析的功能成像方法，是传统影像学MRI、CT等技术的重要补充。心磁图仪检测完全被动、无创、无接触、无辐射，理论上一切可以改变磁场的心脏疾病都可以由心磁副惭检测。基于超导量子干涉仪（SQUID）的技术路线5燃，但是仪器体积大、成本高，需要搭配液氮使用；基于线圈的技术简单便捷，§信号较塞赋能价值：基于量子精三测量技术的磁设备，可达到e统超降术级SU的灵敏度，并且可在室温下操作，能够小型化，可穿戴使用，有巨大的商业化临床应用前景。 期仪图片来源：KArai etal.l Millimetre-scale magnetocardiography of living rats with thoracotomy.Communications Physics, 2022.36zOPM的邮C硼胎磁图仪诊断 图片来源：https:/ dinical-reslts-from-u- wisconsin/5 10 亿10 50亿50 Ioo亿03年36年61。年nHMMMn-IIiniIIHl行业痛点：对阿尔茨海默症、帕金森或耐等神经膝病患者的龙囱活动进行成像，是研究脑/神经疾病机理、临床诊断、治疗等的有力工具。当前的技术多为侵入式，且价格高昂，需要患者行为上高度配合以避免大脑活动的非功能性腔.37脑磁图（MEG）是一种通过分析神经元活动产生的有效电流偶极子源,来探测大脑微弱磁场，进而表征大脑活动的方法。基于超导量子干涉仪SQUID的MEG传感器较早进行了该方向的解，但由于设备需要低温和三傅梗，成本高昂，并不便于大规模商业应用。赋能价值：量子精密测量技术是另一个潜在解决方案，相比于SQUID方案不需要昂贵的制冷设备，可以在室温下运行；该技术路线的传感器设计可突破制冷杜瓦带来的磁测量距离限制，并可探测矢量磁场，进一步提升脑磁信号质量。当前已被用于癫痫病灶的高精度定位等概念验证场景的探索。未来结合MEMS工艺制备的多通道生物磁传感方案,可开发出穿戴式脑磁传感设备，或成为下入侵脑机接口技术路线。diamond tensors magnetic f*d基于serf传感器的穿戴式脑磁设备图片来源：https”38空a舸射式8酿传联置，用于实时解读动态脑电磁波信息图片:https:/WW副探源：CPapadelisetal.,CurrentandemergingpotentialformagnetoencephalographyinpediatricepilepsyJournalofPediatricEpilepsy,2013.（下）510亿1050亿50100亿/IndustrialApplication行业痛点：在脑瘤切除等手术过程中，定位健康组织与肿瘤之间的边界仍然是一个巨大的挑战。因此，需要一种使神经外科医生能够在手术过程中区分肿瘤和非肿瘤组织的技术。这将使外科医生能够更安全可靠地切除肿瘤，同时保留厮大降低患者的邓佥。解岐秘收口MW病蝇股为超声等均有其技术局限，无法同时满足术中实时、大视野、无标记、三维成像等多方面需求。39赋能价值：.融合了量子精密测量的新的临床设备，进一步改善某些大脑区域的功能划分定位。新型的量子神经分析仪（QNA）被用于开发下一代术中功能诊断的“磁成像内窥镜”，其通过对大三信息传递过程中，电荷在神经通路中移动产生磁场的检测和分析，实现百微米级别的神经元活动区域成像，定位功能区域8中瘤边界，使医生育掰更精确地规划切口路径。基于钻石NV色心研娜 脑组织诊断技术 图片来源：https， corporateintcareers events/zeiss-quantum- challenge/tissue- differentiation-during- surgery.html5IOfZ10-50亿50IOo亿IIlIlIllIlIlnnlMlMillIIIIIIIlllllllllMIIIIIIIIIIl行业痛点：代谢异常是诱发许多神经系统及肿瘤疾病的关键因素。准确测量这种代谢损伤的能力可以提高对疾病进展的检测及诊断效率。MRI信号因为其灵敏度低，无法实时监测体内代谢过程，传统核磁信号增强装置-溶融超极化DNP面临设备造价昂贵、效率彳暗应用推广问题。40三三m三：基于量子精密测量技术可实现近室温下的超极化探针制备，例如，13C标记的内源代谢物类分子探针的极化信号最高可增强1OO倍。该技术在许多医学领域（肿瘤及其他领域）具有应用潜力。如通过细胞水平上检测关键代谢途径的早期变化，有效的治疗可以在短时间内诱导肿瘤细胞的代谢反应,并通过代谢MRI可见信息（既往组织水平的变化，需要几个月可见）来评估患者在代谢水平上对癌症治疗的早期反应，可以决定性地推进细胞分析，并为医学研究和体外诊断开辟新的途密超极化MRI分子成像揭示生物体内代谢路径图片来源：https，www.nvision-imaging.实现标记C13的内源性代 谢物的核磁信号极化增强com/510亿1050亿50Ioo亿IllllllllllliniMllllinilllllllllHlllllHlllIIIIIIB03年36年610年IlllllllilMllilininilliillllillllllllllMlIIHIIIIHEnergy&MineralExploration行业痛点：石油被誉为工业的血液，是国民经济发展的推动器，钻井采油是目前重要的石油获取方式。在钻井过程中需要将随钻测量数据实时上传到地面，现有的技术是通过泥浆脉冲或电磁波来实现通信信号向地面的传输。泥浆脉冲传输的技术方案，以钻井液为介质，通过钻井液压力脉冲编码数据，其传输速率低，不适用空气钻井。电磁波传输的技术方案，利用钻杆作为天线实现42电磁信号传输，中途虽然可以添加中继器，但传输受地层电阻率影响，传输距离短。随着测井深度不断增加，人们需要一种传输速度更高、稳定性更好、传输距离更大的通部控制方法。基于量子精密测量技术的井下至地面电磁波通信和控制装置，由于其对低频电磁信号的超高灵敏度，使得井下至地面的信号传输具有传输速率高、稳定性好、传输距离大等优点，在石;由钻井过程的数据通信方面具有明显优势.