► 文 观察者网心智观察所
2026年8月初，一则消息引发全球关注：中国正式将量子技术应用于国家电网，从合肥一座变电站起步，计划向全国推广。
中国在合肥一座220千伏变电站完成了为期18个月的量子技术试点站内集中部署了18类、85台套自主研发的量子技术设备，覆盖量子测量、量子通信、量子计算三个方向。
这可不是实验室里的概念验证。量子技术正在一座真实的变电站里24小时工作，保障国家电网稳定运行，把停电问题彻底变成过去时。金刚石里的缺陷成了电流，量子态的不可克隆原理成了通信加密的底气。85台量子设备，正在一座真实的变电站里24小时运行。
为什么要用量子技术？
因为传统电网正在逼近极限。
新能源大规模接入，发电量随天气波动，人工智能算力数据中心耗电飙升，极端高温天气频发。电网要监控的对象越来越多、越来越复杂。
传统电网面临三大痛点：一是设备监测精度不够、响应太慢；二是数据传输有安全隐患；三是传统计算机算力跟不上复杂决策需求。
而量子技术恰好能同时解决这三个问题。
金刚石里的“缺陷”成了最灵敏的电流表
变电站最核心的任务之一就是测量电流。
传统电流互感器已经用了上百年。它的原理很简单：大电流通过一次绕组时，在铁芯中产生交变磁场，接着在二次绕组中感应出小电流。问题是，铁芯在大电流的情况下会发生“磁饱和”，磁通量到了极限，测量结果就失真了。而且设备重达几十公斤，还得定期停电检修。
量子电流互感器的思路完全不同。它不依赖铁芯和线圈，代之以金刚石里的NV色心来测磁场。
NV色心是什么？金刚石的晶体结构是碳原子排列成的晶格。如果相邻的两个碳原子位置，一个被氮原子取代，另一个是空的，如此就形成了一个“氮—空位缺陷”，简称NV色心。这个“缺陷”有一个特殊性质：它的电子自旋状态对外部磁场极其敏感。磁场变化时，NV色心的能级会发生分裂，通过光学方法可以把磁场强度“转化”为电信号。
把多个NV色心探头环绕在导线周围，导线通电时产生磁场，NV色心感知磁场，电流大小就测出来了。
不用接触导线，没有铁芯，不会磁饱和。测量精度大幅提升。据测算，仅这一项技术，每年就能减少变电站超过50万千瓦时的电能计量误差。有报道称这一数字可达210万千瓦时。
更加值得关注的是，2026年7月，全球首套±800千伏特高压直流无源无线量子电流传感器在中国投运，进入现场验证阶段。这是量子精密测量技术首次应用于特高压输电设备。从220千伏到±800千伏，量子传感器正在向电网的“主动脉”延伸。
开关柜里的“多面手”替代了半天的体力活
变电站里还有一种叫做开关柜的设备，用来控制和保护电路。开关柜内部如果发生局部放电，一种微弱但持续的电能释放，会慢慢损坏绝缘部分，最终可能导致设备故障甚至停电。
传统做法是人工检测。检修人员驱车到变电站，拿着仪器在不同点位至少测5次，再人工研判。一个开关柜检测下来，将近半天时间。
合肥变电站的做法是：在开关柜侧边装一个“小盒子”，也就是量子点多参量传感器。它集成了多种传感器，24小时不间断监测柜内环境状态和局部放电特征信号。数据实时传输，工程师在30公里外的办公室里就能看到一切。
屋顶还有量子激光雷达，能监测15公里范围内的大气颗粒物和云层信息，提前预警气象灾害。输电杆塔上的量子姿态传感器，能感知地球磁场万分之一的微弱变化，判断杆塔是否发生了位移。电缆上的量子点火灾传感器，能在电缆起火前就检测到异常气体。
量子加密：利用物理定律“锁死”通信
电网越智能，通信数据越多，调度指令、负荷数据、设备状态，这些信息如果被篡改或窃取，后果严重。
传统加密依赖数学算法的复杂度。问题是，量子计算机一旦成熟，现有的大部分公钥加密算法都可以被快速破解。
合肥变电站的解决方案是量子密钥分发。每次数据传输，系统都会随机产生一组量子密钥。基于量子力学的基本原理，未知量子态不可克隆、观测即塌缩，任何试图窃听或复制密钥的行为都会改变量子态，被立刻发现。
这是一种原理上不可窃听、不可破译的加密方式。
变电站已将量子加密集成到光纤链路和5G通信中。
量子计算：模拟一张比互联网更复杂的网
电网可能是人类建造过的最复杂的网络之一。成千上万个节点，实时变动的负荷，新能源的波动输入，要准确预测下一刻的状态，传统计算机越来越吃力。
合肥变电站的研究人员开发了基于量子计算的电网潮流计算方法，并在中国第三代超导量子计算机“本源悟空”上完成了真实电网拓扑网架的计算验证。
简单来说，工程师可以在量子计算机上更快地模拟“如果这里出问题，整个电网会怎样”的各种场景，在用电高峰期做出更及时的决策。
量子技术正在全国铺开
合肥变电站不是孤例。
2026年1月，国内首个量子智慧台区在安徽当涂县七房村建成投运。安装量子电流传感器等设备后，系统能在毫秒级时间内隔离故障区域，供电可靠性从99.915%提升到99.98%。
2026年7月，全球首套±800千伏特高压直流无源无线量子电流传感器在中国投运。
同月，中国电信量子集团推出“Q-Link”量子安全能力开放平台，以“密钥即服务”模式向各行业提供量子加密能力。
截至目前，全国超过40个重点城市已布局量子城域网，服务覆盖31个省（自治区、直辖市）。
从原理到工程：一块金刚石曾让项目险些停摆
这些技术听起来很优雅，但从实验室到变电站，并不容易。
项目起步时面临“国内无先例、无标准、无成熟方案”的三重难关。最大的难题是高品质的金刚石传感材料被国外断供，项目几近停摆。
当时高纯度金刚石研究在国内几乎还是空白。研究团队从零开始，反复试验，才逐步攻克了材料制备和传感器集成的技术瓶颈。
这也解释了一个看似矛盾的现象：量子技术利用的是金刚石里的“缺陷”，但要造出能用的传感器，反而需要极高纯度的金刚石材料。
量子技术已经“上岗”了
据报道，中国计划将量子技术推广至全国电网。合肥试点为量子技术在全国电网的广泛应用铺平了道路。
国网安徽电科院研究员田腾说了一句话，可以概括这件事：“量子技术不是花架子，而是保供电、促发展的‘硬支撑’。”
当千家万户在夜晚点亮灯火时，远方变电站里的微观量子态正在悄然运转，遵照量子力学规律精确监控着每一道流过电网的电流。在中国，这种科技与日常生活的深度融合，已经成为了正在发生的现实。
参考文献
https://interestingengineering.com/energy/china-quantum-technology-power-grid-blackout-prevention
来源|心智观察所
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