中能观察 | 量子科技解锁能源新可能

来源：中国能源新闻网 时间：2025-12-04 14:21

中国能源新闻网记者 杨苗苗

　　量子纠缠、量子态叠加这些神奇的量子力学现象，冲击着我们对经典物理世界的认知。通俗来讲，量子纠缠是指空间上相隔甚远的粒子能够保持强相关性，而量子态叠加则是允许粒子同时处于多个状态。

　　正如物理学家费曼所言：“没有人真正理解量子力学。”然而，正是这种“难以理解”的特性，孕育着难以想象的潜在能量。量子力学是20世纪最重要的科学成就之一，以其为基础的量子科技将催生新的产业变革，涵盖量子通信、量子计算、量子传感等多个领域，应用场景持续拓展。

　　在能源领域，量子加密技术正在构建无法被窃听的信息高速公路；量子精密测量为石油勘探和地质监测提供精准支持；量子传感通过高精度的数据采集和处理，为能源系统故障诊断和预测提供有力保障。

　　《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》提出要培育壮大新兴产业和未来产业，量子科技便是未来高技术产业之一，将为我国经济大盘稳定、高质量发展注入源源不断的新动能。

　　量子通信在能源领域应用逐步深化

　　量子通信是量子技术在能源领域应用的重要方向之一。

　　传统通信技术依赖光子的波动性质进行信息传递，而量子通信则利用量子态叠加和纠缠特性来提升通信的安全性与效率。由于量子态在测量过程中会发生不可逆的坍缩，一旦存在窃听行为便能立即被察觉，从而有效保障通信安全。例如，量子密钥分发技术可实现几乎无法破解的安全通信，这对保障能源系统信息安全具有重要意义。

　　目前，量子通信技术已步入实用化阶段。

　　我国“墨子号”量子科学实验卫星成功实现全球首次星地量子通信，北京至上海的量子保密通信干线也已顺利建成。这两项成果相互衔接，共同构建了全球首个天地一体化量子通信网络。

　　量子通信技术在能源领域的应用正逐步深化，为电网调度、基础设施安全等提供坚实支撑。通过量子加密通道，电力系统实现了远程指令传输的绝对防篡改与防窃听，大幅提升了关键信息基础设施的抗干扰能力。

　　2023年杭州亚运会成功应用配网量子加密技术。“设备遥测正常，报文已加密。”距离杭州亚运会莲花主场馆不远的架空线上，投运了世界首台配网量子加密智能开关，这也是国际大型赛事首次应用量子加密电力设备。量子加密技术与电力设备的深度融合有效落地，不仅保障了电力信息传输的安全性，还极大提升了配网故障处理的时效性，使杭州亚运赛事电网安全保障达到全球领先的电网通信安全等级。

　　事实上，自2021年起，国网浙江电力便开始在全省范围内布局量子通信技术。2025年9月，浙江首次成功实现分布式能源的聚合量子加密传输。由于浙江省内多数分布式能源设施位于偏远山区，光纤铺设困难，且无线通信存在数据窃听、指令篡改等安全风险，量子通信技术成为解决上述难题的关键。

　　试点应用选在绍兴市新昌县。该县拥有近100座在运小水电站，且多分布于山区地带。针对这一情况，国网浙江电力创新性地设计了“聚合—接入”双阶段量子加密方案：首先，利用无线量子加密技术，将分散在山区的小水电站数据“汇集成流”，安全接入区域集控站；随后，通过光纤量子加密技术，将聚合后的数据传输至地区调度系统。该方案在电力领域首次实现125公里长距离的“光纤+量子”数据加密传输，较传统量子加密传输距离提升30%。

　　下一步，该公司计划将试点应用扩展至储能站和小光伏电站，借助量子通信科技，实现全要素分布式能源的安全入网、高效调度。

　　量子计算在电力系统的应用加速推进

　　虽然目前量子计算仍处于发展阶段，但其在能源领域的应用前景十分广阔。

　　量子计算利用量子纠缠和量子态叠加效应，能够产生比传统计算机更高效的计算能力。传统计算机使用二进制比特，而量子计算机采用量子比特，使某些计算任务的执行速度大幅提升。

　　量子算法可有效解决传统计算机难以求解的复杂问题，进而推动能源领域内大规模数据分析和模型优化；此外，量子计算机还可用于能源系统的模拟与优化，帮助人们更好地预测能源系统运行规律，为能源产业发展提供科学依据。

　　2025年3月，“祖冲之三号”量子计算原型机成功构建，处理量子随机线路采样问题的速度比目前国际最快的超级计算机快千万亿倍，可见传统计算速度难以匹敌量子“暴力”计算的优势。

　　量子技术在电力系统的应用正加速推进。

　　2024年11月，国内首座量子应用示范变电站——220千伏合肥候店量子应用示范变电站建成投用，标志着量子科技在电力行业的应用取得重要突破。

　　该变电站汇集了量子配网电流互感器、量子无损探伤仪、量子激光雷达等18类85台（套）电力量子科技应用成果。

　　在量子计算方面，该站开发了基于量子线性求解的电网潮流计算方法，并在国内比特数最高的工程化量子计算机——72比特超导量子计算机“本源悟空”上完成了真实电网拓扑网架的计算验证。这一突破为大规模电网仿真计算提供了全新技术路线，有望进一步提升电力系统实时分析计算能力。

　　当前，众多企业与科研院所正积极布局量子计算在电力系统领域的应用。

　　北京玻色量子科技有限公司与广西大学高放教授团队成功合作开发基于共识的分布式量子分解算法，针对含大规模可再生能源接入的电力系统调度难题，实现了安全约束机组组合问题的高效求解；华为公司研发出量子安全通信技术在电力系统中的应用方案，通过在电力系统通信网络中部署量子安全通信设备，有效抵御潜在网络攻击，确保电力调度指令等关键信息的安全传输；清华大学相关科研团队在量子计算与电力系统优化方面开展深入研究，提出基于量子退火算法的电力系统无功优化方法，通过对电力系统中的无功功率进行优化配置，有效降低了电网有功损耗，提高了电力系统运行效率。

　　尽管当前仍面临一些技术和应用层面的挑战——例如量子计算硬件的稳定性与可靠性尚待提升，量子算法与电力系统实际需求的匹配度也需进一步优化。但随着技术的持续进步和创新的不断推动，这些问题正逐步得到有效解决，量子计算技术的巨大潜力在与电力系统深度融合过程中逐步显现。

　　量子传感为设备状态监控提供全新方案

　　量子传感器是一种利用量子效应进行信号检测的装置。与传统传感器相比，量子传感器具有更高的灵敏度和更低的噪声水平，能够精确测量微小的能量变化，这对能源领域的环境监测和设备状态监测具有重要意义。

　　对于电网而言，传感器犹如人体的神经末梢，无时无刻不在感知和测量各类数据，实时反映系统健康水平。传统电流传感器容易受复杂天气、强电磁环境等因素影响，在测量精度、抗干扰能力方面存在不足。

　　对此，南方电网科研团队联合国内20余家科研单位、设备厂商，攻克了量子传感器的量子态调控、极端环境封装等世界级技术难题，并在昆柳龙直流工程柳州换流站实现成功应用。

　　2025年4月8日，世界首套±800千伏特高压直流量子电流传感器在昆柳龙直流工程柳州换流站投入运行，标志着我国电力领域首个量子传感技术国家重点研发计划项目取得重大突破。

　　依托量子特性，这套传感器可在零下40摄氏度至85摄氏度的极端环境下，实现从毫安级到10千安级的超宽量程覆盖，成功将量子精密测量技术拓展到常规工业温度范围，为量子科技进入更多工业领域打开想象空间。

　　南方电网公司输配电部副总经理高锡明介绍，相比传统电流传感器，该传感器精度提高了近4倍，无论直流处于空载还是重载状态，都能实现高精度监测，并实时传递至后台，为特高压直流输电系统提供极高的测量可靠性保障。

　　柳州换流站是世界首个特高压多端柔性直流输电工程——昆柳龙直流工程的重要组成部分。量子传感技术从实验室走向如此重要的能源枢纽站，具有划时代的示范意义。

　　据了解，南方电网将持续攻关量子电场、量子电压等技术，谋求在量子基础材料、光电核心部件、传感关键算法等方面取得重大突破，进一步培育自主知识产权和重大工程成果，并通过量子传感技术迭代与发、输、变、配、用和新能源等多场景应用拓展，加速推动科技创新和产业创新融合发展，促进传统动能焕新升级。

　　此外，中国电科院在量子标准与量子传感方面取得多项成果，搭建了包含量子电压、电流、电能、时间频率标准系统与量子电流互感器的电力量子测量平台。电力行业首套量子电压标准系统通过自主研制的量子电压电子式互感器校验仪，解决了数字量溯源难题；量子电流标准系统基于光阴极电子枪与荧光探测技术，在电流强度、电流稳定性等方面达到国际先进水平；量子电能标准系统将电能量值溯源至自然物理常数，提升了公司电能计量能力；量子时间频率标准系统是以“三氢三铯”钟组为核心的公司时间频率最高计量标准装置，与国家时间频率基准偏差小于8纳秒。

　　未来，量子传感技术将为新型电力系统中的交直流混联控制、设备状态监控和新能源并网提供全新解决方案，革新测量体系。其产业链涵盖材料、芯片、传感器、电力设备、电网运营和新能源开发等环节，将成为建设新型电力系统和推动全球能源转型的重要支撑。

　　随着量子计算和量子传感等领域的不断进步，研究人员也积极致力于将量子科技拓展到其他应用，例如储能。

　　据悉，与传统储能方式相比，量子储能具有更高的能量密度和更宽的能量适用范围。这意味着在相同体积或质量下，量子储能可存储更多能量，或在不同应用场景下实现能量的灵活转换和调节，这对可再生能源的储存和调度具有重要意义，有助于提高能源系统的效率和可靠性。

　　尽管目前量子储能技术尚未能实际部署应用，但它无疑是探索高效能量存储途径的重要方向之一。

　　量子技术具有独特优势，能够解决传统能源领域面临的一些关键问题。然而，要实现这些潜在价值，还需要克服一些技术和经济方面的挑战：例如，量子技术的商业化成本较高，需要进一步降低研发和生产成本；同时，量子技术的标准化和兼容性问题也需要得到解决。

　　不过，随着科学技术的快速发展和研究的不断深入，我们有理由相信，未来量子技术将在能源领域发挥更加重要的作用，为人类社会发展带来更加清洁、高效和可持续的能源资源。

责任编辑：刘础琪