全球瞩目！中国电网引入量子技术，开启电力新时代

► 文 徽声在线科技观察

2026年8月伊始，一则震撼全球的科技消息传来：中国国家电网正式引入量子技术，以合肥一座变电站为起点，开启全国范围的推广计划，这一创举标志着电力行业进入全新时代。

中国在合肥一座220千伏变电站成功完成了为期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，全面覆盖量子测量、量子通信、量子计算三大核心领域，为电网稳定运行筑牢坚实基础。

这绝非实验室中的概念验证，而是实实在在的应用。量子技术在这座真实的变电站里全天候运转，全力保障国家电网稳定运行，让停电问题逐渐成为历史。金刚石里的缺陷摇身一变成为电流传感器，量子态的不可克隆原理则为通信加密提供强大支撑。85台量子设备持续稳定运行，为电网安全保驾护航。

为何选择量子技术？

传统电网正面临严峻挑战，逐渐逼近运行极限。

随着新能源大规模接入电网，发电量受天气影响波动明显。同时，人工智能算力数据中心耗电量急剧上升，极端高温天气也频繁出现。这使得电网需要监控的对象日益增多，情况愈发复杂。

传统电网存在三大突出痛点：其一，设备监测精度不足且响应迟缓；其二，数据传输存在安全隐患；其三，传统计算机算力难以满足复杂决策需求。

而量子技术恰好能够同时攻克这三个难题，为电网发展带来新的希望。

金刚石“缺陷”：最灵敏的电流表诞生

变电站的核心任务之一便是精准测量电流。

传统电流互感器已沿用上百年，其原理基于电磁感应。当大电流通过一次绕组时，会在铁芯中产生交变磁场，进而在二次绕组中感应出小电流。然而，这种传统方法存在明显弊端。在大电流情况下，铁芯会发生“磁饱和”现象，磁通量达到极限后，测量结果就会失真。而且，传统设备重量达几十公斤，还需定期停电检修，给电网运行带来诸多不便。

量子电流互感器则采用了截然不同的思路，它摒弃了铁芯和线圈，转而利用金刚石里的NV色心来测量磁场。

NV色心究竟是什么？金刚石的晶体结构由碳原子排列成晶格构成。当相邻的两个碳原子位置中，一个被氮原子取代，另一个为空时，就形成了一个“氮—空位缺陷”，即NV色心。这个“缺陷”具有特殊性质，其电子自旋状态对外部磁场极为敏感。当磁场发生变化时，NV色心的能级会发生分裂，通过光学方法能够将磁场强度“转化”为电信号。

将多个NV色心探头环绕在导线周围，当导线通电产生磁场时，NV色心便能感知磁场变化，从而准确测量出电流大小。

这种测量方式无需接触导线，没有铁芯，不会出现磁饱和现象，大大提升了测量精度。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，有报道称这一数字甚至可达210万千瓦时。

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入运行，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，标志着量子传感器正从220千伏向电网的“主动脉”——特高压领域延伸。

开关柜“多面手”：替代繁重体力活

变电站中的开关柜承担着控制和保护电路的重要职责。然而，开关柜内部若发生局部放电，这种微弱但持续的电能释放会逐渐损坏绝缘部分，最终可能导致设备故障甚至停电事故。

传统检测方式依赖人工操作。检修人员需驱车前往变电站，手持仪器在不同点位至少测量5次，然后再进行人工研判。完成一个开关柜的检测，往往需要耗费近半天时间，效率低下且容易出错。

合肥变电站采用了创新方法，在开关柜侧边安装一个“小盒子”——量子点多参量传感器。这个“小盒子”集成了多种传感器，能够24小时不间断监测柜内环境状态和局部放电特征信号。数据实时传输至工程师处，即便工程师在30公里外的办公室，也能随时掌握开关柜的运行情况。

此外，变电站屋顶还配备了量子激光雷达，可监测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，精准判断杆塔是否发生位移。电缆上的量子点火灾传感器则能在电缆起火前检测到异常气体，为电网安全运行提供全方位保障。

量子加密：物理定律“锁死”通信安全

随着电网智能化程度的不断提高，通信数据量大幅增加。调度指令、负荷数据、设备状态等信息的安全至关重要，一旦被篡改或窃取，将引发严重后果。

传统加密方式主要依赖数学算法的复杂度。然而，随着量子计算机技术的不断发展，现有的大部分公钥加密算法都可能被快速破解，通信安全面临巨大威胁。

合肥变电站采用了先进的量子密钥分发技术。每次数据传输时，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，从而被立刻发现。

这种加密方式在原理上具有不可窃听、不可破译的特性，为电网通信安全提供了坚实保障。

目前，变电站已将量子加密技术集成到光纤链路和5G通信中，确保数据传输的安全可靠。

量子计算：模拟复杂电网的“智慧大脑”

电网堪称人类建造的最复杂网络之一，拥有成千上万个节点，负荷实时变动，新能源波动输入。要准确预测电网下一刻的状态，传统计算机逐渐力不从心。

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，工程师可以利用量子计算机更快地模拟各种场景，如“若此处出现问题，整个电网将如何变化”，从而在用电高峰期做出更及时、准确的决策，保障电网稳定运行。

量子技术在全国加速铺开

合肥变电站并非个例，量子技术在全国电网的应用正呈现加速推进态势。

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%大幅提升至99.98%，为当地居民和企业提供了更可靠的电力保障。

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入运行，进一步推动了量子技术在特高压领域的应用。

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，促进了量子技术在更广泛领域的应用。

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），量子技术正逐渐融入人们的日常生活。

从原理到工程：攻克重重难关

量子技术从实验室走向变电站，并非一帆风顺，其间经历了诸多挑战。

项目起步时，面临“国内无先例、无标准、无成熟方案”的三重困境。其中，最大的难题是高品质的金刚石传感材料被国外断供，项目一度陷入停滞，几乎面临失败。

当时，高纯度金刚石研究在国内几乎处于空白状态。研究团队从零开始，不断进行试验探索，经过不懈努力，才逐步攻克了材料制备和传感器集成的技术瓶颈。

这也揭示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”，但要制造出能用的传感器，反而需要极高纯度的金刚石材料，这对材料制备技术提出了极高要求。

量子技术正式“上岗”：开启电力新时代

据报道，中国计划将量子技术全面推广至全国电网。合肥试点为量子技术在全国电网的广泛应用积累了宝贵经验，铺平了道路。

国网安徽电科院研究员田腾表示：“量子技术不是花架子，而是保供电、促发展的‘硬支撑’。”这句话精准概括了量子技术在电网领域的重要作用。

当夜幕降临，千家万户点亮灯火时，远方变电站里的微观量子态正悄然运转，严格按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，科技与日常生活的深度融合正成为现实，为人们的生活带来更多便利和保障。

参考文献

https://interestingengineering.com/energy/china - quantum - technology - power - grid - blackout - prevention

来源|徽声在线科技观察

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