2026年4月30日，央视财经《经济信息联播》播出量子产业专题，杭州零磁作为量子精密测量医疗应用的典型代表亮相。这项革命性的量子传感技术经历近百年灵敏度跃升，为今天杭州零磁的领跑地位埋下了关键伏笔。接下来，我们将用四期文章，为大家系统科普SERF原子磁强计的前世今生：从技术演进的三大里程碑，到商业化应用的全球竞速，到杭州零磁如何以全自研技术实现领跑，再到该技术多元场景的应用拓展。这是本系列的第一期，我们回到20世纪30年代，看看磁场测量的“青铜时代”如何开启。

早在20世纪30年代，人们就开始利用电磁感应原理研制磁强计。其中，磁通门磁强计因其结构简单、成本低廉而被广泛应用。它的核心是一个由高磁导率软磁合金制成的铁心。当给铁心上的线圈通入交变电流时，铁心会在饱和磁化和去磁状态之间反复切换。在这个过程中，如果存在一个外部的恒定磁场，铁心的磁化过程就会出现不对称性。通过测量线圈中感应电动势的偶次谐波分量，就能计算出外部磁场的大小。

这种方法虽然开创了弱磁场测量的先河，但受限于铁磁材料的物理特性，其灵敏度通常只能达到nT(10^-9T)量级 ，就像用放大镜看报纸，虽然能看清文字，但难以分辨更细微的纹路。即便如此，磁通门磁强计为后来的技术演进打下了坚实的基础。

到了20世纪50年代，一种全新的测量方法出现了——光泵磁强计。它的灵感来源于法国物理学家Kastler提出的光泵浦技术。与磁通门不同，光泵磁强计利用的是原子的塞曼效应。

想象一下，原子在磁场中会分裂成不同的能量子能级。当用一束圆偏振光照射这些原子时，特定子能级上的原子会吸收光子并跃迁到高能级，然后又自发辐射回到基态。经过一段时间的“泵浦”，大量原子会被“驱赶”到同一个子能级上，形成宏观的极化状态。此时，如果再施加一个与塞曼能级差频率相同的射频场，原子会发生磁共振，重新回到均匀分布的状态，从而改变对泵浦光的吸收。通过检测透射光强的变化，就能反推出磁场的大小。

这种方法将灵敏度提升到了pT(10^-12T)量级 ，相当于从放大镜升级到了普通显微镜，让人们得以窥探到更细微的磁场信号。然而，科学家们并不满足，因为原子间的自旋交换碰撞带来的弛豫效应，始终像一层迷雾，限制着灵敏度的进一步提升。

尽管光泵磁强计性能优异，但它仍受限于原子间的自旋交换碰撞所带来的弛豫效应，这就像一群原本整齐排列的士兵，因为彼此间的推搡而阵型混乱。直到2002年，普林斯顿大学的Romalis课题组在理论和实验上取得了突破性进展。

他们通过将碱金属原子气室置于极弱的磁场环境中，并提高原子的数密度，成功创造了一种“无自旋交换弛豫”（SERF）的状态。在这种状态下，原子间的自旋交换碰撞频率远高于其拉莫尔进动频率，原本会导致退相干的碰撞反而被“冻结”了，原子的横向弛豫时间被极大延长。这意味着，原子的自旋矢量能够更稳定地围绕磁场方向旋转，对极其微弱的外界磁场表现出极高的灵敏度。

2003年，Romalis课题组研制出的双光束SERF原子磁强计原理样机，其灵敏度达到了惊人的0.54 fT/Hz¹ᐟ²，能够探测到比地球磁场弱约10亿倍的变化。

这一成果发表在《Nature》杂志上，轰动了整个科学界。为了进一步简化系统，2009年他们又提出“单光束椭圆偏振光构型”，巧妙地利用一束激光同时完成原子极化和信号检测，极大地简化了光路结构，为小型化和集成化奠定了基础。

回望这段跨越近百年的技术演进，从磁通门的机械振荡到光泵的原子跃迁，再到SERF态的量子操控，磁场测量的灵敏度以每十年近千倍的速度跃升，这正是基础科学突破驱动仪器革新的最佳写照。

2026年，"十五五"规划将量子信息技术列为国家重大专项，标志着量子精密测量走向国家战略核心。在这场量子科技的国家竞速中，杭州零磁医疗设备有限公司依托北京航空航天大学与杭州极弱磁场国家重大科技基础设施研究院，率先将SERF技术推向产业化，不仅实现了核心原子磁强计的全链条自主研发，更以国际领先的传感器性能和完善的产品矩阵，取得包含全球首创心脑磁成像设备在内的多项医疗器械注册证，销售额累计突破亿元，确立了在全球零磁医学赛道上的引领者地位，成为中国在量子精密测量领域从跟跑到领跑的生动注脚。