世界首台量子重力仪走出实验室
【国家|世界首台量子重力仪走出实验室】对学界、业界和国家安全等具有深远影响
英国伯明翰大学研究人员23日在《自然》杂志上发表研究称 , 世界上第一台非实验室条件下的量子重力梯度仪问世 。 这种利用量子技术的传感器可找到隐藏在地下的物体 , 这是科学家们期待已久的里程碑 , 其对学界、业界和国家安全等将具有深远的影响 。
量子重力梯度仪的工作原理是利用量子物理原理探测微重力的变化 , 测量当原子云落下时引力场拉力的细微变化 。 物体越大 , 其密度与周围环境的差异越大 , 可测量的拉力差异就越大 。 但振动、仪器倾斜以及磁场和热场的干扰 , 使得量子理论转化为商业现实具有挑战性 。 伯明翰量子传感器的突破性成功开启了一条商业之路 , 是第一个迎接这些现实世界挑战并进行高空间分辨率调查的项目 。 消除由于振动引起的噪声将“解锁”高空间分辨率的重力映射 , 大大改进地质地形图的绘制 。
研究人员表示 , 这是传感领域的“觉醒时刻” , 这一传感器可能有多种用途 。 城市工程师可利用它检测一些特殊用地的近地表(地下10米)特征 , 这些特征可能会影响新的建筑 , 因此可利用其降低铁路和公路项目的成本和延误;考古学家或可用于测绘墓穴和隐藏在地下的结构 , 在不破坏性挖掘的情况下了解考古奥秘;它还可用于测量地质特征 , 例如含水层或土壤密度 , 以确定含水量或发现隐藏的自然资源;还可改进对火山喷发等自然现象的预测 。
此前的重力传感器受到一系列环境因素的限制 。 一个特别的挑战是振动 , 这限制了用于测量应用的所有重力传感器的测量时间 。 如果能够解决这些限制 , 调查就可以变得更快、更全面、成本更低 。
新开发的量子重力梯度仪克服了振动和其他各种环境挑战 。 这一突破将使未来的重力测量更便宜、更可靠 , 交付速度快10倍 , 探测所需的时间将从一个月减少到几天 。 它有可能为重力测量开辟一系列新的应用领域 , 为进入地下提供一个新的视角 。 此外 , 准确和快速地测量微重力的进步为促进国防和国家安全打开新机遇 , 未来我们可以探测到原本无法探测到的东西 , 并在具有挑战性的环境中更安全地航行 。 随着重力传感技术的成熟 , 水下导航和揭示地下条件的应用将成为可能 。 (实习采访人员张佳欣)
编辑:黄昂瑾
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