”量子处理器 和中国“祖冲之三号”芯片的相继亮相，不仅象征着量子计算从实验室变量 向“文明常量”的转变，也预示着全球科技竞争正迈向一个全新的阶段。在 这一历史性节点上，量子计算、量子安全与量子传感三大领域的技术突破 和融合发展，共同构筑起未来科技竞争的核心支柱。 量子计算领域，美国依托深厚的芯片技术和算法创新，构建起硬件与 软件双重优势，而中国则以举国体制推动在超导、离子阱、量子网络等多 要经济体根据各自的战略定位与产业基础，也在探索多元并进的安全防护 模式；而在量子传感领域，针对于各物理量的测量均已实现了跨越式进化， 即国际计量标准量子化，目前各项传感技术正从传统的单点应用向网络化 协同迈进。 本报告综合了从北美、欧洲、中国到亚太各区域的全球量子科技产业 发展现状与趋势，系统梳理了量子计算、量子安全与量子传感三大核心领 域的核心技术进展、产业融合以及政策布局情况，深入剖析了当前技术理 2024年，量子安全领域在量子密钥分发、抗量子加密、量子随机数发生器三个 方向持续发力，推动多技术融合、应用落地。此外，量子通信网络不断扩展，相关 的存储器、中继器也在同步构建。 第一章 2024产业发展概览 11 量子传感重要进展 • 科罗拉多大学博尔德分校将测量精度提高了六个数量级，推进了钍-229核时钟的研究。 • 加州理工学院与斯坦福大学在基于光镊的光钟中执行量子计算，以便使时钟更加精确。 • 中国科学技

中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 13 新型电力系统的透明化 新型电力系统是信息技术、计算技术、通信技术、传感技术、控制理论和控制技术、运筹学、 人工智能、互联网等与电力系统的深度融合。 新型电力系统中配置的小微智能传感器及其传感网络无处不在，构建含泛在电力物联网的基础 设施；先进通信技术、大数据技术、云计算技术、人工智能技术等在电网中广泛应用，实现电网的 CHINA SOUTHERN POWER GRID 透明电网 -- 透明电力系统 透明电网是信息技术、计算技术、传感技术、控制理论和控制技术、人工智能、 互联网等与电力系统的深度融合。 透明电网中配置的小微智能传感器及其传感网络无处不在；设备功能与信息融 合，设备与先进传感、通讯、计算、人工智能技术有机结合；实现电网的自由 ( 无限、海量 ) 数据采集、自由 ( 无限、海量 ) 数据存储、自由 透明电网要素 口信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人 工智能、互联网技术等有效地综合运用于电力系统。 口基于透明电网，社会各方能够广泛深入参与电力生产、传输、消费等各个环节，协同促进能源电力 的安全高效、绿色低碳发展。 口 透 明 电 网 ( 电 力 系 统 ) 的 要 素 ： 小微智能传感器 智能设备和设备智能化、智能二次系统 强大的软件平台一超级大脑

控制实现对灌溉、水帘、 遮阳网、抽风机等的控 制，耗费人力、耗费时 间、出错率比较高。 传感数据相对单一；对 获取的数据还需进行手 工统计和分析；缺乏智 能化的数据管理和分析 平台；不能做到灾害预 警和应对联动。 传感数据多样；集传感、 存储、分析、联动与一 体；实现远程监测和控 制；智能数据处理；多 样化报警方式。 随着传感器、智能移动设备、互联网等的发展， 数据呈现爆炸式增长。 2. 农业的新变化 析、数据展现等方面做全新的技术升级。 实时性 精准性 全面性 系统性 规范性 1. 数据精准获取技术 19 可穿戴式的信息获取技术 可植入、可嵌入式数据获取技术 微型移动信息获取技术 生物传感、微纳米传感器、便携 式传感器等新型设备。 千里眼顺风耳 2. 数据标准化技术 农业领域数据标准化变得极为迫切，信息采集、传输、存储、 汇交的标准规范亟需大量出台。农业基准数据库亟需建立。 大数据数据标准化标准体系框架

●水系统（水泵、管路、调节阀等）的水力平衡与输配； ●末端设备（传感器、风阀、电动阀、VAV（Variable Air Volume）变风量末端、风机盘管等）的精准控制。 研究与实践表明，引入基于先进传感器与智能算法的智控系统，可实现��%至��%的综合节能率，同时有效延长 设备寿命，实现从被动运维向预测性运维的转变[�]。 暖通智控通常采用分层架构： ●感知层：传感器与采集设备，实时获取环境与设备工况数据； �s） 进入��世纪��年代，楼宇自动化系统（BAS）开始兴起并快速发展。尤其是直接数字控制器（DDC）与开放通信协议 推动了楼宇自动化的快速发展。 DDC控制器可以实时采集温度、湿度、压力等传感器信号，经微处理器运算后输出数模控制信号，实现了从测量到 执行的全数字化。大型商业建筑逐渐引入集中监控计算机与多路DDC终端的分布式架构，替代了传统的独立模拟 系统。BACnet开放协议和KNX 效主机+智慧群控的软硬一体化方 案，系统级群控加载负荷预测调节、全局寻优策略等AI节能算法，可实现机房整体节能达��%。 （数据来源:海尔智慧楼 宇） （二）舒适度与环境质量改善 通过高精度传感器与自适应控制逻辑，暖通智控可动态维持室内温湿度、CO�浓度和PM�.�等指标在健康区间。 ●智能控制打破了传统定点设定值模式，可根据人员密度、活动类型、室内空气品质参数及室外气候条件进行动 态调节；

（7）智能通风系统 采用通风系统智能精准感知技术与装备，实现对风阻、风量、 风压等参数的智能感知，对通风网络阻力进行实时监测与解算。 风速、温度、湿度、气压、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、粉尘等 传感器的数量和位置应满足精确测风、瓦斯涌出量计算和环境状 态识别的需要，并提供远程监测接口。鼓励井下主要进回风巷间、 采区进回风巷间采用自动风门，正常通风时期可靠闭锁，灾变时 期可远程解除闭锁。矿井主通风机、局部通风机具备远程集中控 各风道风 量。 通风设备：主要通风机、局部通风机鼓励实现在线变频调速；主 要通风机应安装精确的风量、风压传感器，局部通风机应安装风筒风 速传感器。过车风门、主要行人风门、关键通风节点的风窗应实现人 工、自动和半自动开关，并安装人车识别装置、视频监控系统、声光 报警器和视频传感器，监测、监视和监控装置应提供远程接口。 智能通风软件系统：将地理信息系统与风机、风门、风窗监控系 统、安全 统、安全环境监测、瓦斯抽采监测系统、采掘工作面位置及状态监测 系统以及人员和车辆定位系统进行集成，实现自然分风解算、通风网 络实时解算及灾变状态下风流模拟仿真，能够进行通风系统优化、风 速传感器和调节设施的优化布置以及可控性评价，实现通风系统状态 识别和故障诊断、用风点需风量预测及灾变状态下的调风、控风的智 能控制。在授权状态下，正常状态矿井风流、风量按照安全高效原则 远程调节，灾变时期按照控制灾变及有利救援原则智能控风、调风，

采 集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供 给、高效配置的工业云平台”。其通用体系架构如下所示： 图 1 工业互联网通用体系架构 5 边缘层通过各类通信手段实现对各类设备、传感器、PLC、 控制系统等的海量数据采集，依托协议转换实现多源异构数据 的标准化，利用边缘计算实现底层数据的汇聚处理。基础设施 层以公有云、私有云、混合云等云资源的方式提供可弹性调度 的计算、 类等传统工业智能由简单感知识别向深度认知演进，随着应用 认知水平依次递升，应用范围加速由质检、巡检等外围环节向 工艺优化、设备运维等核心环节演进。 （五）工业互联网特征优势 泛在感知。通过遍布厂区的传感器、智能设备和物联网技 术，工业互联网能够对生产环境中各种参数实现实时感知，全 天候监测如温度、压力、流量、化学成分等关键参数，并统一 汇聚到中央控制系统，实现生产过程中每个参数的高可视性、 炼油化工、存储运输等核心环节中不断优化生产流程和资源配 置，提升能源化工行业生产效率和资源利用率。依托一体化协 同平台，生产计划能够根据实时数据动态优化调整，确保精准 按需生产并减少浪费。智能传感器与自动化控制系统借助人工 智能技术在工艺参数优化中降低设备负载压力，同时开展预测 性维护，保障设备高可用性，两者协同减少人工干预，使生产 效率、资源利用率与设备综合效能同步提升。生产系统通过深

快速高精度定位方法，基于低轨星座导航信号增强、复杂时空碎片化观测数据的 GNSS 定位性能提升算法， 融合智能手机等操作终端特性的低成本平台高精度定位算法，面向室内外全景无缝定位覆盖的异构异质 GNSS/ 多传感器数据融合技术等。 （6）快速超分辨超声成像 超声成像是利用超声波扫描人体或者材料内部结构，通过接收和处理反射信号来获得内部组成的图像。 超声成像具有出色的空间分辨率（亚毫米）和时间分辨率（数十帧每秒），广泛应用于工业无损检测、临 字 研发体系，基于数字孪生的船舶设计制造一体化技术、虚实融合试验技术、模型数据一体化管控技术等体 系能力建设正在规划中。 未来，对于船舶数字孪生系统，一方面需要在关键环节、关键部件上突破并验证传感、模型、数据、 通信等方面的关键技术，从而在整船层面实现技术验证；另一方面，需要对数字孪生驱动的设计、试验、 制造、运营的具体功能技术开展研究与验证，并建设流程贯穿的一体化数字研发体系。 该前 跨层级互补信息实现对场景图像上下文更 深层次的理解。基于深度 – 色彩通道关联的深度图像修正技术、高层语义特征引导的语义分割技术等是该 方面的发展趋势。 总之，基于深度图像的场景解析技术在深度传感器技术、人工智能、空间感知等多学科领域具有重要 研究价值，对保障自动驾驶道路安全、提高机器人作业感知能力等方面具有重要的实际意义。 该前沿中核心论文的主要产出国家中，核心论文发表量排在第一位的是中国，篇均被引频次排在第一

立进行，也可连续进行。这一类 制造业的自动化支出水平相对 较低，但增长速度更快，各细分 行业差异很大。具体而言，离散 制造业的自动化产品包括控制类 （如PLC、IPC）、驱动类（如变 频器、伺服电机）、传感类（传感 器）、执行类（工业元器件等）和 系统软件等产品。全球范围内， 半导体和电子电气行业的自动化 支出增长最快。 1 根据ISA-95标准进行分类的经典自动化设备通常指参与控制和监控工业流程的硬件和软件组件 集、集成、分析的完整体系，有效融 合多源异构数据。数据采集是多源异 构数据融合的基础，只有准确、实时 采集生产过程中产生的大量原始多源 异构数据，后续的集成与分析才有 的放矢。平台通过设备接入及协议 转换等技术，完成从传感、设备、系 统等多种数据源的异构数据采集。数 据集成整合来自多个数据源的数据， 屏蔽数据间类型和结构上的差异，解 决多源异构数据来源复杂、结构异构 问题，从而实现对数据的统一存储、 管理和分析，实现用户无差别访问， 体，它专门针对工业生产制造场景设 计和优化，满足工业智能应用在确 定性、可信性、适用性、可控性、工程 化等方面的严格要求。工业智能体 具备对企业生产过程、人员、设备、 环境等多方面的感知和控制能力。通 过传感器网络，它能够实时获取生产 线上设备的运行状态、环境参数等 信息，并根据这些信息进行智能决 策和控制。在人员交互方面，它能够 实现与生产人员的智能高效交互，提 供直观的操作指导和建议，满足人 机协同的高精度操作需求。工业智能

世界的完全融合，并为工业现场构造一个可控、可 信、可拓展且安全高效的 CPS 网络，从根本上改变 现有的工程物理系统的构建方式。 钢铁企业 CPS 网络构成 CPS 网络的基本组成结构包括传感器、执行器 和决策控制单元。如图 1 所示，基本组件之间的循 环控制结构构成了 CPS 的基本功能逻辑单元，执行 CPS 网络最基本的检测与控制功能。 CPS 系统是由众多异构元素构成的复杂系统， 系统可以分为物理层、网络层和应用层。 本文考虑钢铁行业实际，构建 CPS 系统架构如图 2 所示。其中，基础物理层考虑炼钢、炼铁等各工 序，以及煤气、氧气等各能源介质；网络层则通过 新一代网络将底层传感器采集信息做高效传输；最 终的应用层涵盖钢铁工艺知识库等多方面资源，并 以软件或云服务等形式提供给最终用户。 随着自动化程度的提高，钢铁企业已具备建立 CPS 的基础，但由于钢铁生产中存在大量时滞环 质，对于主干网络则根据不同厂区的工艺布局设置 汇聚网络节点以减小传输延迟，并根据各物理对象 数据负载合理选择路由个数，将数据通过主干网络 传输至数据中心进行统一处理。 决策控制单元 执行器 被控对象 传感器 控制指令 控制量 感知信息 图 1 CPS 基本功能单元 智慧钢铁 Metal World 30 2022 年第 3 期 (3) 应用层：本层包括钢铁企业的数据管理、资 源调配管理、分厂区软件应用以及相应的大型数据

性和可控性对提高调节品质、减少事故发生有 着关键的作用，因此实现阀门的自动在线性能 监测具有十分重要的意义。 电厂项目现场总线阀门在采购时要求设 备具有故障诊断记录仪、高压辅助阀门关断控 制装置等，使阀门在现有传感器种类及个数的 基础上，控制器具有常规故障诊断功能，如阀 门卡涩、连杆脱落、反馈杆脱落、调门线性度 劣化、阀门内漏、负载阻力增加、活塞前后端 漏气等故障诊断。一旦出现故障问题，阀门会 自动显示报警，报警方式可通过屏幕显示、蜂 领域的主要发展方向。企业依托新机组的建设， 在机组自启停(APS)、现场总线、智能控制等先 进技术及智能化相关技术的应用方面进行了积 极有益的探索。在现代数字信息处理和通信技 术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管 理等技术，达到更安全、高效、环保运行。先 进的智能化技术，将为机组安全运行提供有力 保障，大大提升电厂智能化管理水平。 收稿日期： 作者简介： 樊聪 （1988.08.12），