量子金刚石磁力计 正在颠覆精密探测
加拿大量子传感企业CEO专访
#背景介绍#
SBQuantum在2017年成立于加拿大魁北克省舍布鲁克市，脱胎于舍布鲁克大学量子研究所，是一家知名的量子传感企业，专注金刚石量子磁力计研发与产业化，主要解决矿业、航天、国防等领域的传统磁场测量难题。
本次专访，记者采访了SBQuantum创始人兼首席执行官David Roy-Guay。双方将深入探讨量子金刚石磁力计技术的研发进展，及其在导航、地球观测及目标检测领域日益增长的应用价值。
以下内容来自AzoQuantum和光子盒
01
SBQuantum基本情况
记者：能否请您介绍一下自己以及您在SBQuantum担任的角色？
David Roy-Guay：我是SBQuantum的首席执行官兼创始人。我的学术背景是量子物理学，在蒙特利尔附近的舍布鲁克大学量子研究所攻读博士期间，我主要研究方向是金刚石中的杂质能级。在博士生阶段后期，我决定将这项实验室技术产业化。通过与电气工程师协作，我们开始研制可用于野外作业的便携式原型机。
我们先后参与了多伦多Creative Destruction Lab的“量子方向”及随后的“矿业方向”孵化项目，以精准锚定目标客户并评估技术影响力。目前，我们在矿业、航天和环境应用领域积极推进开放创新。此外，我们还与加拿大国防部开展了合作。在公司发展初期，我们便突破了硬件限制，开始布局算法研发，旨在为非磁感知专业的终端用户创造实际价值。
目前，我们已开发出一款可直接插入立方体卫星的传感器，并计划于2026年3月发射升空。
02
金刚石磁力计原理及优势
记者：请解析一下什么是量子金刚石磁力计？SBQuantum提供的解决方案，特别是传感器和算法方面有何独特之处？
David Roy-Guay：基于金刚石的磁力计是当前量子传感领域的热点，因为它们可以在室温下工作，提供磁场矢量信息，并具备传统传感器难以企及的无漂移读数特性。
从底层物理逻辑来看，我们使用的人造金刚石含有数十亿个量子杂质，即氮-空位（NV）色心（在晶格中，一个氮原子紧邻一个空位）。这种缺陷会产生具有量子自旋特性的自由电子。你可以将这种自旋想象成极微小的磁针，我们正是利用它来精确测量磁场。
在探测机制上，我们利用绿光激光激发色心并收集辐射出的红光。红光的强度会随磁场的强度和方向而波动。其核心方法是光检测磁共振（ODMR），通过绿光激光激发、红光收集以及谐振微波注入，产生可测量的共振响应。我们通过追踪这些共振谱线，并结合严谨的物理描述进行高强度校准，从而将其转化为磁场矢量数据。
矢量的探测能力至关重要，因为磁传感会捕捉传感器周围的所有信号。一辆经过的汽车、携带电脑的行人或携带武器的人员都可能产生相似的信号。通过测量矢量场并利用四传感器阵列，我们可以推导出磁场的来源，并估算目标的运动速度和质量。我们的算法能将这些原始数据提炼为目标定位和分类结果，无需用户去解读复杂的波形图。
03
应用场景
记者：您认为这项技术有哪些应用场景？哪些行业将从中受益？
David Roy-Guay：磁力计已存在数十年，最初因反潜作战（ASW）而普及。但归根结底，它是一种“超级指南针”，任何涉及磁场测量的领域均可适用。我们调研了27个垂直应用领域，涵盖了导航、水下和地下巡检，甚至包括水产养殖中的鱼群计数。
核心领域包括：
-勘探与矿业：评估资源储量，协助地质学家确定关键矿产的钻探位置。
-国防：利用潜艇在地磁场中产生的磁异常进行探测。
-医疗：以极低阈值检测带有磁性标记的癌细胞。
-工业检测：包括微电子故障检测、飞机机翼裂纹探测以及核电管道的腐蚀检查。
目前SBQuantum专注于公共安全领域，而航天项目则发挥了“技术成熟化”的作用。长期来看，更精确的磁场图将开启更可靠的磁导航时代。
04
最新进展及挑战
记者：您能解释一下与欧洲航天局（ESA）的新伙伴关系涉及哪些内容吗？该任务的目标是什么，将如何助力未来的导航工具？
David Roy-Guay：我们通过竞标赢得了这份ESA合同。其核心目标是开发出一款性能足以满足地球观测需求的金刚石磁力计原型。对我们而言，这是一个极具挑战的里程碑，因为它要求我们在保持相似体积、重量和功耗（SWaP）指标的前提下，将传感器的灵敏度、准确度和带宽提升约10倍。
这意味着我们需要彻底重新设计电子设备、量子控制逻辑和读出方案。任务的重点在于理解地球的动力学，特别是地核岩浆流动产生的地磁场。目前北极正在加速移动，这直接影响了导航系统。全球磁场模型的更新周期已从每10年缩短至每5年。在极端情况下，由于磁北极偏移严重，部分机场甚至不得不重新刷涂跑道编号。
此外，该技术在地球观测中具有广阔前景。磁场探测允许我们观测不同的地层，地核、地壳贡献值，甚至与洋流相关的弱信号。虽然无法直接通过磁力计测量深海温度，但如果有足够大规模的离子移动（如墨西哥湾流），我们就能检测到深层的电流信号。此外，监测电离层也具有重要意义，因为电磁事件会干扰GPS和通信，轨道上的精密量子传感器可以长期追踪这些现象。
记者：针对第二个ESA合同，你们瞄准了哪些关键里程碑和性能指标？
David Roy-Guay：我们采用系统工程驱动的方法。目前的重点是降低已识别的关键风险。我们正处于面包板测试（Breadboarding）阶段，旨在验证实现200 pT（目标指标所需的各子系统。这一性能比我们现有设备提升了10倍。灵敏度必须达到100 pT量级，才能测量极其微小的波动，例如洋流产生的磁场或地核磁场的细微变化。
为实现这一目标，我们正在设计全新的光学系统以收集更多红光，因为灵敏度与收集到的光强平方根成正比。同时，我们通过最小化噪声和开发新方案来优化读出电路。目前我们使用基于磁铁的偏置方案进行矢量测量，但这会随时间漂移。我们的目标是极高的绝对精度，地磁场约为50000 nT，而我们希望达到约100 pT的精度，这极具挑战。因此，我们正转向动态偏置方案，以有效抵消电子设备的漂移。
在面包板阶段后，我们将进入最终电子设备的工程化和生产阶段，随后在加拿大的地磁观测站进行鉴定测试。我们也正与英国地质调查局等机构合作，探索欧洲的测试基础设施。
记者：为了在任务寿命期间保持灵敏度和稳定性，你们实施了哪些硬化、热管理和校准策略？
David Roy-Guay：航天级鉴定有一长串测试清单。金刚石技术的优势在于它天生适合太空环境，NV色心本身就是通过高能射线照射产生的，因此低地球轨道（LEO）的辐射环境对金刚石而言相对温和。我们只需对周围的电子设备进行抗辐射加固，目前测试结果良好。
另一个关键子系统是激光器。辐射会影响半导体激光器的掺杂并导致波长偏移。但在我们的方案中，我们采用的是非共振激发，波长偏移不会显著影响性能。这是一个巨大的技术优势。热波动也是如此，我们可以同步测量金刚石温度，且子系统的热漂移不会影响量子物理层面的描述，因此系统具有极高的容错性。
根据目前的表征结果，我们不认为灵敏度会随时间大幅衰减，并且我们可以利用系统的基本物理属性进行重新校准。在轨道运行期间，我们还会针对卫星本体产生的干扰进行补偿校准。传感器安装在电池和金属构件附近，会产生本底噪声，因此随着卫星运行，我们会定期进行在线校准，以确保全任务周期的稳定性。