计量是测量的科学及应用,测得出才能造得出,测得准才能造得精。当前,以量子基准为核心的现代“先进测量”时代正在到来,国际计量体系正发生历史性重大变革。“但我国围绕国家先进测量体系的系统性布局显著不足,相关计量基础技术和设施还很薄弱,核心关键技术还未全面突破。”全国政协委员、中国计量科学研究院院长方向呼吁,加快构建以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的“国家先进测量体系”。
方向介绍,计量科学的每一次进步,都极大地提高了测量精度,扩大了测量范围。20世纪60年代,时间单位“秒”率先从“天文时”跃升到“原子时”,测量精度提高了数千万倍,由此催生了万亿规模的卫星导航产业;80年代,长度单位“米”以真空中光速定义,测量精度提高了万倍以上,实现了从原子尺度到宇宙尺度的全范围、高准确测量,由此诞生了激光测长技术,推动了纳米科技和精密制造的快速发展,也为深空探测奠定了精密时空测量基础。
2018年11月16日,第26届国际计量大会通过了以基本物理常数重新定义国际计量单位的决议。新定义将利用“自然法则创建测量法则”,将原子及量子级的测量与宏观世界的测量关联在一起。国际单位制(SI)新定义彻底改变了人类测量活动采用实物基准的历史,全面开启了以量子基准为核心的现代“先进测量”时代。世界测量技术规则将予重构,国际计量体系正发生历史性重大变革,由此带来的影响广泛而深远。
方向指出,此次SI重新定义最显著的特点就是未来所有测量活动都将不再依赖于实物基准,而是依赖特征物理量和网络传输、同时依托准确的时间基准,实现无处不在的准确测量。集多参量、高精度、自校准于一体的芯片级综合测量和实时测量均将成为可能,进而催生整个测量体系的全面创新。通过嵌入芯片级量子计量基准,把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定,将为新一轮工业革命提供有力支撑。高稳定、强可靠、自适应、多功能、低功耗的先进测量技术将为人工智能依赖的准确感知提供保障,必将引发仪器仪表产业的颠覆性创新发展,为现代科技发展提供新的契机。目前,德国、英国、日本等国家在竞相研究和布局以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的新一代“国家先进测量体系”。
近年来,我国不断加大量子计量基准的研究,已实现“秒”“米”、电学量等SI的量子化新定义,并在本轮温度单位“开尔文”重新定义等方面作出重大贡献,有关成果先后获得多项国家科技进步一等奖。但在方向看来,整体来看,国际计量单位制重新定义带来的巨大发展机遇尚未得到应有重视,围绕国家先进测量体系的系统性布局显著不足,相关计量基础技术和设施还很薄弱,核心关键技术还未全面突破,产业创新发展的格局远未形成。
对此,方向建议:
高度重视SI全面重新定义带来的重大发展机遇,将以量子计量基准为核心、扁平化量值溯源为特征的“国家先进测量体系”作为国家科技基础设施发展的优先领域,并纳入国新一轮国家科技中长期发展规划。
在国家重点研发计划中,专项支持基于全新SI定义的计量基准、计量标准和不依赖于实物标准的量值溯源新方法等计量测试核心关键技术研究,实现仪器仪表颠覆性创新发展,尽快建立具有自主知识产权、与国际等效的新型计量标准和其他技术标准,全面支撑“国家先进测量体系”。
支持量子计量相关国家重点实验室建设,加快建设一批重大计量测试基础设施,实现自主可控,牢牢把握发展先机,实现计量军民融合发展和产业创新发展。