精密测量作为信息获取的源头，已经历机电式、光学式两代发展。随着量子光学、原子物理学等领域的飞速发展，以及原子激光冷却（1997年）、玻色爱因斯坦凝聚（2001年）、量子光频梳（2005年）、单量设备操控（2012年）等几次诺贝尔物理学奖的推动，精密测量已经进入量子时代。量子精密测量的基本原理是利用磁、光与原子的相互作用，实现对各种物理量超高精度的测量，可大幅超越经典测量手段。2019年起代表精密测量最高水平的7个基本物理量的计量基准已经全部实现量子化。作为精密测量的重要组成部分—极弱磁场和惯性测量，也已迈向量子时代。 在极弱磁测量领域，极限指标的突破不断扩展人类对世界的认识。最初的磁通门磁强计，灵敏度为nT量级，即10-9特斯拉；光泵磁强计可达到pT量级，即10-12特斯拉；超导量子干涉磁强计可以达到fT量级，10-15特斯拉。而SERF原子自旋磁强计，灵敏度可再提高4个量级以上，进入阿特量级。这为人类认识世界提供了一种新工具，将引领极弱磁测量技术变革，带来新的科学发现和应用价值! 基于原子自旋效应可以实现超高灵敏的磁场与惯性测量，大幅超越现有测量手段所实现的灵敏度，使得人类可以获取新的实验数据、揭示新的自然现象、发现新的科学规律，从而获得了一种认识世界的新工具。 该方向涉及原子物理、磁、光、热、测控、结构、算法、生物医学等多学科领域，主要包含基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量、基于原子自旋SERF效应的极弱人体磁源成像、基于原子自旋SERF效应的超高灵敏惯性测量、基于金刚石色心的量子精密测量技术四个子方向：（1）子方向1基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量技术：主要涉及光与原子的相互作用、电子与核子的微观相互作用、激光功率及频率控制、碱金属气室制备与评估、高效磁屏蔽系统结构设计与优化、主动磁补偿线圈设计与实现、极化率及量子态等闭环操控、误差标定与补偿、微弱信号提取与处理、样机结构设计与优化、软硬件设计与实现等。（2）子方向2基于原子自旋SERF效应的极弱人体磁源成像技术：主要涉及信号处理、小型化集成、多模态信息融合技术等。（3）子方向3基于原子自旋SERF效应的超高灵敏惯性测量技术：主要涉及惯性测量系统设计及误差建模补偿方法、电路设计与数字信号处理技术等。（4）子方向4基于金刚石色心的量子精密测量技术：主要涉及固体物理、量子态操控、微波设计、微纳光学技术等。 第一阶段（2008-2012年），自筹经费自主探索。北京航空航天大学房建成教授于2007年获得国家技术发明一等奖后，于2008年开始带领一个研究小组最早在国内开展了基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量科学实验装置的探索研究，经过三年多的技术攻关，磁场测量灵敏度达到8fT/Hz1/2，并于2011年11月在国内首先实现了陀螺效应的验证，惯性测量灵敏度为10-3 o/s/Hz量级，并通过了总装惯性技术专家组的现场测试。2012年初开始联合国内优势大学和研究所共同论证国家自然科学基金委的国家重大科研仪器设备研制专项“基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置”，并获批于2013年开始实施。 第二阶段（2013-2018年），在国家基金委支持下，研制了指标国际领先的平台。2013年起在国家自然科学基金委重大科研仪器设备研制专项“基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置”（周期：2013.01-2018.12，经费：8850万元）的资助下，已成功研制出了一套基于原子自旋效应的超高灵敏极弱磁场与惯性测量实验研究系统，通过第三方测试，磁场和惯性测量灵敏度分别达到0.089fT/Hz1/2（灵敏度潜力可达aT量级）和6.8×10-8o/s/Hz1/2（灵敏度潜力可达10-9量级）。两个系统的灵敏度指标均超过此前国际公开报道美国普林斯顿大学物理系实现的最高指标（2010年磁场测量灵敏度0.16fT/Hz1/2，2013年惯性测量灵敏度2.8×10-6o/s/Hz1/2），创造新的世界纪录，成为国际关注热点。 第三阶段（2018-2022年），在之江实验室的培育下，指标持续引领。团队目前正依托之江实验室量子传感研究中心（5年投资15亿元）建设新一代更高灵敏度的极弱磁场和惯性测量科学研究装置。在《“十三五”国家科技创新规划》中，“深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统”被设为16个“科技创新2030—重大项目”之一，“地球深部探测”也处于重大项目规划中。利用超高灵敏度的磁场测量装置可以测量火星及小卫星等采样返回物质，以及地球组深部岩石样本的极弱磁性，进行科研研究，促进人类对其它星体和地球的认识，从而服务于这两个领域的国家重大需求。团队受到了科技部、杭州滨江区政府、之江实验室等国家与地方单位支持，以重大科技成果转化和应用为牵引，继续深入开展面向极弱磁与惯性的超高灵敏测量研究，引领创新、不断攻坚克难突破测量极限，将有力推动我国量子精密测量与传感领域相关技术的加速发展。 子方向1：基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量 在基础前沿研究领域，现有的基于磁共振信号的物质分析检测灵敏度仅达到pT量级灵敏度，国际上现有的标准谱也十分有限，难以用于其它极弱磁的复杂超级结构体系的磁性评价与结构表征。因此，极微弱磁场的化学物质磁性评价与结构表征迫切需要fT量级甚至亚fT量级的超高灵敏磁场测量仪器，服务于极弱磁的化学物质磁性评价与结构表征等基础化学物质研究，也可服务于电偶极矩测量、电荷-宇称-时间对称性破缺的验证等物理前沿领域，有望获得科学新发现。而这些测量又需要溯源到高精度的磁场计量标准，因此需要高精度的磁场测量装置。 EDM（电偶极矩）的高精度测量可通过基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量实现，可为验证标准粒子模型与超对称模型的分歧并为CP（电荷-宇称）对称性的破缺提供实验支撑。EDM测量可解决宇宙中物质反物质差别存在的问题，验证宇宙大爆炸理论的正确性，并为宇宙起源的研究提供支撑。基于原子自旋SERF效应的超高灵敏惯性测量装置，有用于CPT（电荷-宇称-时间反演）对称破缺验证、寻找第五种力等重大基础物理学的研究。同时，可为基本粒子物理、原子分子光学等核心热点领域提供重要技术支撑，具有巨大科学价值。