2024年12月20日，筆者走進貴州電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，看到由該院承擔(dān)的“寬溫域高精度量子電流敏感元件及傳感器”項目研發(fā)現(xiàn)場，海量數(shù)據(jù)飛快顯示在多個屏幕上，隨意抽取一組進行校驗對比，結(jié)果都是實時、準(zhǔn)確的。

該項目于2024年4月10日正式立項。這是南方電網(wǎng)首個涉足量子傳感器領(lǐng)域的項目，也是繼2023年底“數(shù)字電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”順利通過工信部驗收后，貴州電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院在芯片方向獲得的又一個國家重點研發(fā)計劃項目。

打造高靈敏“聽診器”

將原來“豆腐塊”大小的GHz級微波信號調(diào)理電路做成“指甲蓋”大小的閉環(huán)調(diào)理ASIC芯片

隨著數(shù)字電網(wǎng)對智能化的要求日益精進，南方電網(wǎng)對電網(wǎng)狀態(tài)的在線、全面感知需求日益凸顯。量子傳感器因其高精度和高靈敏度，在電網(wǎng)監(jiān)測中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。貴州電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院積極響應(yīng)國家量子科技發(fā)展戰(zhàn)略，憑借在電力行業(yè)的深厚積累和技術(shù)優(yōu)勢，率先開展量子傳感器相關(guān)研究。

本次項目的核心課題——量子電流敏感元件的閉環(huán)調(diào)理ASIC芯片技術(shù)，由貴州電網(wǎng)電力科學(xué)研究院副總工程師徐長寶牽頭的智能傳感與透明電網(wǎng)技術(shù)團隊負責(zé)攻關(guān)。該團隊此前已連續(xù)兩次承擔(dān)了芯片研究方向的國家重點研發(fā)計劃項目，具備豐富的研發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)實力。

徐長寶介紹，項目旨在通過量子傳感技術(shù)的研發(fā)，提高電力設(shè)備的測量精度、穩(wěn)定性和安全性，為電力行業(yè)提供更加精準(zhǔn)、高效的監(jiān)測和診斷手段。量子傳感器如同醫(yī)院的聽診器，能夠?qū)崟r監(jiān)測電力設(shè)備在各種工況下的狀態(tài)電流變化，為技術(shù)人員提供設(shè)備健康評估和故障判斷的依據(jù)。

在確立研究目標(biāo)后，項目團隊全力開展技術(shù)攻關(guān)。他們計劃將原來“豆腐塊”大小的GHz級微波信號調(diào)理電路做成“指甲蓋”大小的閉環(huán)調(diào)理ASIC芯片，在0.1立方厘米內(nèi)實現(xiàn)多功能模塊的高度集成。這一技術(shù)突破將使芯片帶寬調(diào)頻范圍性能比國內(nèi)外同類芯片高50%，為量子傳感器的量程、帶寬等核心指標(biāo)提供有力支撐。

困難項目錘煉人才

團隊成員多為電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)出身，而ASIC集成芯片技術(shù)的研究需要集成電路設(shè)計、芯片工藝設(shè)計及測試等專業(yè)的復(fù)合人才

然而，項目執(zhí)行過程中并非一帆風(fēng)順。徐長寶表示，最大的技術(shù)困難在于跨專業(yè)的技術(shù)壁壘。項目團隊成員多為電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)出身，而ASIC集成芯片技術(shù)的研究需要集成電路設(shè)計、電磁場理論仿真、芯片工藝設(shè)計及測試等專業(yè)的復(fù)合人才。為了按期完成計劃任務(wù)與目標(biāo)，團隊成員不得不主動學(xué)習(xí)和掌握一個全新的專業(yè)領(lǐng)域，付出了巨大的努力。

盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但項目團隊卻從中收獲了寶貴的經(jīng)驗和成長。徐長寶說：“通過參與項目研究，個人能夠不斷擴展專業(yè)知識，成為復(fù)合型專業(yè)人才。同時，項目也為企業(yè)培養(yǎng)了一批青年骨干，他們以‘項目+人才’的模式在項目中學(xué)習(xí)、成長，發(fā)現(xiàn)自己的不足和興趣點，從而拓展自己的專業(yè)方向?！?/p>

目前，項目團隊已經(jīng)取得了顯著的進展。在量子傳感器的ASIC調(diào)理芯片方面，已完成調(diào)理芯片內(nèi)部數(shù)字電路、模擬電路和鎖相環(huán)、混頻器等獨立模塊的版圖設(shè)計與仿真驗證工作，正準(zhǔn)備開展芯片各獨立功能模塊的流片準(zhǔn)備工作。

展望未來，徐長寶表示，項目團隊將針對超/特高壓交、直流電網(wǎng)對大量程、高精度、寬溫域、高可靠電流傳感器的應(yīng)用場景與需求，研制兩款電力全場景用無源無線、高精度、微型化、自校準(zhǔn)量子電流傳感器。這些傳感器的研發(fā)將實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)下電流的全域精準(zhǔn)感知，為電力行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供有力支撐。

短評

聚焦科技攻關(guān) 鍛造“國之重器”

根據(jù)“十四五”規(guī)劃綱要，“十四五”期間，我國量子信息領(lǐng)域的科技攻關(guān)任務(wù)圍繞量子通信技術(shù)研發(fā)、量子測量技術(shù)突破和量子計算的產(chǎn)品研制。

量子傳感器就屬于量子測量技術(shù)突破的一種，它的研發(fā)將為電力行業(yè)帶來更加精準(zhǔn)、高效的監(jiān)測和診斷手段，助力數(shù)字電網(wǎng)的智能發(fā)展。

“遇事不決，量子力學(xué)”，這雖然是網(wǎng)絡(luò)上流行的一句玩笑話，卻也從側(cè)面展現(xiàn)了人們對于量子領(lǐng)域科學(xué)高精尖特征的普遍認(rèn)可。但其研發(fā)和突破難度也是公認(rèn)的高山仰止。

徐長寶帶隊的該項目團隊，之前深度參與過伏羲芯片的研發(fā)，有非常豐富的經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)，加之項目已進入后期測試階段，或許在不久的將來能夠見證繼伏羲芯片之后，又一“國之重器”的研發(fā)突破。

從伏羲芯片到量子傳感器，這些“國之重器”的研發(fā)，折射出近年來南方電網(wǎng)新的拼搏姿態(tài)：努力在推進高水平科技自立自強、建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的過程中當(dāng)先鋒、作表率，為以中國式現(xiàn)代化全面推進強國建設(shè)、民族復(fù)興偉業(yè)作出新的更大貢獻。