世界第一臺量子重力梯度儀問(wèn)世 改進(jìn)地質(zhì)地形圖繪制

英國伯明翰大學(xué)研究人員23日在《自然》雜志上發(fā)表研究稱(chēng)，世界上第一臺非實(shí)驗室條件下的量子重力梯度儀問(wèn)世。這種利用量子技術(shù)的傳感器可找到隱藏在地下的物體，這是科學(xué)家們期待已久的里程碑，其對學(xué)界、業(yè)界和國家安全等將具有深遠的影響。

量子重力梯度儀的工作原理是利用量子物理原理探測微重力的變化，測量當原子云落下時(shí)引力場(chǎng)拉力的細微變化。物體越大，其密度與周?chē)h(huán)境的差異越大，可測量的拉力差異就越大。但振動(dòng)、儀器傾斜以及磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的干擾，使得量子理論轉化為商業(yè)現實(shí)具有挑戰性。伯明翰量子傳感器的突破性成功開(kāi)啟了一條商業(yè)之路，是第一個(gè)迎接這些現實(shí)世界挑戰并進(jìn)行高空間分辨率調查的項目。消除由于振動(dòng)引起的噪聲將“解鎖”高空間分辨率的重力映射，大大改進(jìn)地質(zhì)地形圖的繪制。

研究人員表示，這是傳感領(lǐng)域的“覺(jué)醒時(shí)刻”，這一傳感器可能有多種用途。城市工程師可利用它檢測一些特殊用地的近地表(地下10米)特征，這些特征可能會(huì )影響新的建筑，因此可利用其降低鐵路和公路項目的成本和延誤;考古學(xué)家或可用于測繪墓穴和隱藏在地下的結構，在不破壞性挖掘的情況下了解考古奧秘;它還可用于測量地質(zhì)特征，例如含水層或土壤密度，以確定含水量或發(fā)現隱藏的自然資源;還可改進(jìn)對火山噴發(fā)等自然現象的預測。

此前的重力傳感器受到一系列環(huán)境因素的限制。一個(gè)特別的挑戰是振動(dòng)，這限制了用于測量應用的所有重力傳感器的測量時(shí)間。如果能夠解決這些限制，調查就可以變得更快、更全面、成本更低。

新開(kāi)發(fā)的量子重力梯度儀克服了振動(dòng)和其他各種環(huán)境挑戰。這一突破將使未來(lái)的重力測量更便宜、更可靠，交付速度快10倍，探測所需的時(shí)間將從一個(gè)月減少到幾天。它有可能為重力測量開(kāi)辟一系列新的應用領(lǐng)域，為進(jìn)入地下提供一個(gè)新的視角。此外，準確和快速地測量微重力的進(jìn)步為促進(jìn)國防和國家安全打開(kāi)新機遇，未來(lái)我們可以探測到原本無(wú)法探測到的東西，并在具有挑戰性的環(huán)境中更安全地航行。隨著(zhù)重力傳感技術(shù)的成熟，水下導航和揭示地下條件的應用將成為可能。(科技日報實(shí)習記者 張佳欣)

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