计量量子化变革对我国工业计量的影响

1 计量单位制变革带来的变化及工作

2019年5月20日，伴随着第26届国际计量大会通过的国际单位制重新定义的决议正式生效，全世界范围内的计量单位制发生了根本性的变革，导致计量行业出现以下变化：

1）表述物理世界的7个基本量单位：长度单位米（m）、质量单位千克（kg）、时间单位秒（s）、热力学温度单位开尔文（K）、电流单位安培（A）、发光强度单位坎德拉（cd）、物质的量单位摩尔（mol），除了发光强度单位外，全部使用了量子化效应和基本物理常数进行定义［1-2］，完全不依赖于某一具体的实物标准。这标志着，人类测量活动必须采用实物基准的历史行将终结，量子技术在计量中具有不可替代的作用，以量子基准为核心的量子计量时代已经开启。

由此导致基本量的复现以及向基本量溯源的手段、方法、原理等，均可能不再唯一［3-4］。从主导思想上，量值溯源主要是溯源到复现基本量及导出量的稳定可靠的物理现象的某种特征上，而非某一实物标准上，该特质将对现有的量值传递与溯源体制造成重大冲击。

时间频率量值的权重更加提升，不仅仅因为时间频率比其它基本量的准确度高几个数量级，是目前人们可以获得的准确度最高的基本量［5-6］，更因为可以由时间频率量结合基本物理常数导出一些其它基本量。在未来，基本量的数目和重要性仍然有可能发生变化，一些可以溯源到时间频率量或者可以由时间频率量导出的基本量将可能被撤销［3-4］。

另外，由于目前时间频率量是唯一可以无实物传递实现远程量值传递和溯源的基本量［7］，对于可以溯源到时间频率量上的其它物理量值的计量校准，将产生深远的影响。随着计量标准小型化、芯片化、便携化技术的成熟，取消时间频率量值以外的其它物理量值的实物传递，实现远程计量校准的目标已为期不远。

一旦实现物理量值的远程无实物传递和溯源，即可以实现互联网技术与计量技术的融合，并以此为契机，可望形成全球一体化的计量校准模式。届时，人们将有可能在地球内外的任何一处，实现对地球内外的另外任意一处物理量值的实时计量校准，这样的技术前景，对于地球内外的任何设备、量值的计量校准，将能做到从容自如和随心所欲，计量技术接近成熟和完美。

2）自身具有复现基本量功能的仪器设备与系统，将可能不再需要外部计量校准或溯源，仅需要进行自身内部完备的溯源与校准。即它们溯源的终极标准和认定准则，可能是符合量子化定义的具体量值，而非传统的国家标准或国际标准。相应的计量法规，可能需要针对这种情况进行调整与补充。

3）新的计量单位制的物理复现及运行服务工作，主要是新单位制基本量及导出量的量子化、芯片化复现工作，包括原理、方法、技术、装置等诸方面内容。该方面的量值将包括信息量值，如比特等的定义、复现、保存［8-9］；适应人工智能计量校准的量值，如定量评估聪敏程度或愚昧程度的量值定义、保存及复现；衡量心理成熟程度的成熟度或自信度、自卑度等的定义、保存与复现等。

4）新单位制基本量及导出量的量子化复现值与目前已有的各级计量标准、计量器具的直接关联以及其量值传递理论、方法和技术对接。

5）新单位制基本量及导出量的量子化复现值与目前实际工作的工程量值的直接关联以及其量值传递理论、方法和技术对接。

6）未来的愿景目标：量子化自然基准嵌入商品，取消外部溯源及量值传递工作，仅仅需要商品内部和系统内部的完备量值控制、传递与溯源即可。

2 计量量子化带来的变化及影响

1）在非量子化技术中，人们所复现、测量的物理量值通常是连续的和无限可分的。

因而，人们要复现、测量一定准确度的量值时，一定需要更高准确度、稳定性和分辨力的量值测量系统、装置、器具，从无例外。

而在量子化技术中，人们所复现的则是一些明确的、离散的、具有超高稳定性和复现性的量值，人们只要将测量比较系统的分辨力和稳定性优于相邻量子化量值的离散间隔的1/2，就可以正确无误地“判别”出量子化技术所复现的物理量的真实量值。

因而，量子化计量的本质，是人们借助于量子化物理效应中的高稳定度的离散现象，可以使用较低的测量准确度和分辨力的测量系统、装置、器具，获得高得多的稳定度和复现性的物理量值，从而突破实物系统、装置、器具本身的测量准确度的极限。

文章来源：《航空学报》 网址: http://www.hkxbzz.cn/qikandaodu/2021/0522/1235.html