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——编者
量子保密通信筑牢电力数据安全防线、量子电压互感器破解新型电力系统宽频测量难题、量子电流传感器实现特高压电网全域精准感知……如今，量子科技正加速从实验室走向电网生产建设运营的多个领域。
量子科技产业主要包括量子计算、量子通信、量子测量三大核心领域，每个领域都有其独特的技术特点和应用前景。作为国家“十五五”规划前瞻布局的六大未来产业之首，量子科技在提升计算困难问题运算处理能力、提高传感测量精度、加强信息安全保护能力等方面，都具备超越甚至颠覆传统技术的潜力。
南方电网公司坚定落实国家战略，加快攻坚量子科技关键技术，不断拓展高价值应用场景，推动量子科技从“理论探索”转向“技术突破”与“场景应用”并重，逐步成为支撑新型电力系统建设、培育新质生产力的关键动能。
硬核技术——筑牢电力+量子创新底座
近年来，南方电网公司立足电网行业实际需求，以“电力+量子”业务场景为牵引，开展全链条核心技术攻关，在量子通信、量子测量、量子计算三大领域取得系列突破性成果，研制出多款国际领先、国内首创的量子科技产品，为量子科技在电网的规模化应用筑牢硬支撑。
量子通信技术是利用量子力学的基本原理，提供一种不能被破解、窃听的安全的信息传输方式。量子保密通信技术是目前实用化走在最前列的量子信息技术，具有在能源领域等更大范围推广应用的技术条件和现实需求，对促进高质量发展、保障电网安全具有非常重要的作用。
据了解，量子通信有两种最典型的应用，分别是量子密钥分发和量子隐形传态。南方电力调度控制中心（以下简称“南方总调”）通信处三级领军专业技术专家胡飞飞介绍：“量子密钥分发是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议在遥远地点的通信双方共享密钥，利用量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而可在原理上实现无条件安全的量子保密通信；量子隐形传态则是利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态（即量子信息）。而量子密钥分发是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。”
南方电网公司已牵头攻克OPGW长距离通信、经典—量子共纤、电力调度数据网量子保密通信和输电线路监测数据量子保密通信等关键技术，研制行业首套支持200千米长距离OPGW光缆量子密钥分发设备、融合量子加密的应急通信指挥平台、适用于输配用电场景的在线密码管理样机（外置）及量子密钥对接模块（内置）样机等，一系列适应电力环境、面向电力业务的经济实用化量子保密通信产品。
量子测量是南方电网量子技术研发的核心赛道，已实现从实验室原理验证到工程现场应用的关键跨越，在电压、电流、设备检测等多个维度打破国际技术壁垒。
2025年9月，南网科研院用电计量所牵头研制的国际首台35千伏量子电压互感器在贵州遵义完成挂网试运行，填补了里德堡原子量子精密测量技术在电力低频强场计量领域的空白。“该产品采用基于里德堡原子的电场测量技术，利用原子能级结构作为测量工具，突破传统互感器技术限制，测量带宽覆盖0至20千赫兹，在复杂电磁环境下仍能保持0.1级测量精度，为新型电力系统中‘双高双峰’特性带来的2.5kHz及以上宽频电压‘测不准’难题提供了全新方案。”南网科研院用电与计量技术研究所计量生产试验团队一级项目经理胡珊珊介绍道：“目前南网科研院正聚焦电压、电流、电能三个最重要电参量的量子化测量技术进行产品研发攻关。”
2025年12月，南方电网首个电力量子测量研发平台建成，当前已正式验收投运。该平台聚焦量子电压与量子电流测量技术研发两大研发方向，实现电学参量扁平化溯源及量子核心器件国产化替代和自主可控。南网科研院用电与计量技术研究所三级拔尖技术专家宋宏天向记者进一步介绍：“该平台紧密围绕量子精密测量技术在电力计量、设备状态检测等业务应用场景，采用里德堡原子与固态自旋色心技术路线，重点攻关电场、磁场的高精度感知与宽频反演技术，其核心任务是推动量子测量技术在电网实际场景的落地和应用。”
而全球首套±800千伏特高压直流量子电流传感器的研制成功也填补了行业空白，该产品采用金刚石氮—空位（NV）色心磁测量技术，实现1毫安至10千安超宽量程、万分之六高精度的非接触电流测量，能在-40℃至85℃的极端环境下稳定工作。
随着新型电力系统加速构建，海量分布式资源接入并呈现“双高”（高比例新能源、高比例电力电子设备）特征，节点规模庞大、源荷类型多样、网架结构复杂等典型特点，让电力系统计算复杂度急剧提升，“维度灾难”问题凸显，现有计算软件逐渐逼近性能瓶颈。
而量子计算正在为破解新型电力系统“算力瓶颈”提供了全新路径——“量子计算通过量子比特的叠加和纠缠特性，具备强大的并行计算与求解能力，能够在更短的时间内处理更大规模的数据和更复杂的问题，具备支撑新型电力系统调度优化、加速关键计算任务的应用潜力。”南网科研院新型电力系统研究所需求资源聚合技术研究团队一级项目经理赵文猛向记者介绍，目前南方电网公司聚焦电力系统潮流计算、机组组合、新能源出力预测方面的研究，验证各类量子计算算法和计算平台在电力系统不同场景的适应性。
据了解，不同的量子计算平台，所应用的量子计算算法也不同，对基于通用量子计算平台的量子近似优化算法（QAOA）、HHL算法、量子机器学习，以及基于专用量子计算平台的Ising模型等技术的初步探索，让量子计算具备了支撑电网调度优化、加速关键计算任务的潜力，为后续源网荷储协同优化、电力市场高效清算、新型电力系统仿真等场景打下算法基础。
场景应用——解锁电力+量子深度价值
重大赛事保电中量子加密为电力数据筑牢安全屏障、特高压换流站量子传感器实现电流全域感知、电力设备检测中量子气析仪完成超早期隐患预警……随着核心技术的持续突破，量子技术正加速融入电网业务场景，实现从“技术突破”到“价值创造”的转化，解决电网业务中测量、通信、算力等方面的诸多痛点问题。
2025年11月9日至21日，首次由广东、香港、澳门三地联合承办的十五运会成功举办。南方电网公司组织深圳供电局、广东电网公司广州供电局积极探索量子保密通信技术在十五运会保障场景的创新示范应用，建设行业首套融合量子加密的应急通信指挥平台、全球电力行业首张“通量一体”量子加密专网等设施，实现十五运会电力指挥中枢到前线保电指挥部全链路、端到端电力通信量子加密能力。
“量子密钥分发利用量子‘观测即塌缩’和‘不可克隆’的物理特性，从原理上实现了密钥的不可窃听，这是传统加密技术无法比拟的。”深圳供电局系统运行部通信部副主管丘国良表示，这为电网关键业务数据传输打造了本质安全的“防护锁”。
南方电网公司还实现了量子通信领域应用场景的相关试点验证和应用，包括行业首次200千米长距离OPGW光缆量子密钥分发试点验证，IP电话、视频会议业务量子加密传输试点应用，输电线路在线监测数据通过无线公网量子加密传输的示范应用，搭建配电自动化主站与新能源光伏等配网终端之间业务数据传输场景，配网业务终端和主站间数据量子保密通信试点应用等……
南方电网公司将持续深入推进量子通信技术应用创新研究工作，不断拓宽应用场景和应用领域，构建新型电力系统下的融合量子的新型网络安全防护架构，形成量子通信技术应用体系。“比如开展电力量子通信网络基础设施建设，推进‘数字电网业务+量子通信’规模化应用，实现调度、输电、变电、配电、用电、综合办公等全场景数字电网业务与量子通信融合应用。”胡飞飞补充道。
在量子测量领域，目前，量子精密测量技术已在电力计量领域开展应用，主要包括电力量值溯源、电参量测量、设备故障检测三类应用场景，覆盖变电站、特高压换流站、设备检测等核心场景，研发了量子标准电能表、直流量子电流传感器、交流量子电压互感器、量子气析仪等多款产品，推动电网测量迈入“量子化”时代。
在标准方面，广东电网计量中心自主研制的量子标准电能表、量子标准功率源等系列产品通过国家级法定计量技术机构测试，实现了核心技术的自主可控和高端标准电能表等仪器仪表的国产化替代，测量不确定度达到10^(-5)水平。南网科研院立项行业计量领域首个量子技术团体标准《约瑟夫森量子电压测量装置技术要求与试验方法》，将联合推动电力行业构建以“量子计量”为核心的现代化量值溯源体系。
在特高压电流监测场景，世界首套±800千伏特高压直流量子电流传感器于2025年4月在昆柳龙直流工程柳州换流站投入运行，在昆柳龙直流工程的重载、空载等多种运行状态下均保持高精度。
在电力设备故障检测场景，广东电网公司佛山供电局研发的全国首台“量子气析仪”已正式投入日常设备检测工作，“该设备8秒即可完成H2S、SO2、CO等设备故障特征气体的检测分析，能捕捉亿分之九浓度的痕量气体。”研发团队负责人张殷介绍，在设备内部发生局部放电、过热等异常的最早期潜伏阶段就能发出精准预警。
当前，量子计算呈现超导、离子阱、光量子及量子退火等多技术路线并行发展态势，国内外多家量子商用公司提供开放使用的量子计算平台，尚未形成共识性的统一技术路线与产业标准，路线选择与应用落地存在不确定性。不过，展望未来，赵文猛提出，量子计算将在源网荷储协同优化、电力现货市场高效出清、新型电力系统仿真等场景展现出解决多个关键难题的潜力。
“比如利用量子近似优化算法（QAOA）求解分布式光伏、储能、电动汽车充电网络聚合的虚拟电厂实时调度问题，应用变分量子算法求解南方区域电力市场连续结算场景的出清模型，以及基于HHL等量子线性代数算法求解高比例新能源接入的电磁暂态仿真难题。”赵文猛说。
知识链接
量子力学是20世纪以来最重要的科学发现之一。量子力学的建立催生了第一次量子革命，带来了激光、晶体管、核磁共振等重大技术突破，改变了我们的生活。进入21世纪，量子革命的第二次浪潮来临，基于量子的叠加和纠缠特性，催生了量子计算、量子通信、量子测量等一批新兴技术，将极大地改变和提高人类获取、传输和处理信息的方式和能力。
如果把量子科技比作一架“飞机”，那么量子计算就相当于飞机的“发动机”，量子通信就相当于飞机的“无线电”，量子测量就相当于飞机的“雷达”。量子计算是指利用量子技术获取更强算力，量子通信是指利用量子技术获得更安全通信，量子测量是指利用量子技术获得更精准的测量。
——摘自《人民日报》2025年04月28日第10版《差异化量子计算产业生态逐步构建》
南网报记者 黄璐 通讯员 金南汐 张宇晖 郑婕蓥 欧振国
标签：南方电网,量子科技,新突破
