世界首臺量子重力儀走出實驗室

英國伯明翰大學研究人員23日在《自然》雜誌上發表研究稱，世界上第一台非實驗室條件下的量子重力梯度儀問世。這種利用量子技術的感測器可找到隱藏在地下的物體，這是科學家們期待已久的里程碑，其對學界、業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引力場拉力的細微變化。物體越大，其密度與周圍環境的差異越大，可測量的拉力差異就越大。但振動、儀器傾斜以及磁場和熱場的干擾，使得量子理論轉化為商業現實具有挑戰性。伯明翰量子感測器的突破性成功開啟了一條商業之路，是第一個迎接這些現實世界挑戰並進行高空間解析度調查的項目。消除由於振動引起的噪聲將“解鎖”高空間解析度的重力映射，大大改進地質地形圖的繪製。

研究人員表示，這是傳感領域的“覺醒時刻”，這一感測器可能有多種用途。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）特徵，這些特徵可能會影響新的建築，因此可利用其降低鐵路和公路項目的成本和延誤；考古學家或可用於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；它還可用於測量地質特徵，例如含水層或土壤密度，以確定含水量或發現隱藏的自然資源；還可改進對火山噴發等自然現象的預測。

此前的重力感測器受到一系列環境因素的限制。一個特別的挑戰是振動，這限制了用於測量應用的所有重力感測器的測量時間。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。

新開發的量子重力梯度儀克服了振動和其他各種環境挑戰。這一突破將使未來的重力測量更便宜、更可靠，交付速度快10倍，探測所需的時間將從一個月減少到幾天。它有可能為重力測量開闢一系列新的應用領域，為進入地下提供一個新的視角。此外，準確和快速地測量微重力的進步為促進國防和國家安全打開新機遇，未來我們可以探測到原本無法探測到的東西，並在具有挑戰性的環境中更安全地航行。隨著重力傳感技術的成熟，水下導航和揭示地下條件的應用將成為可能。

（實習記者張佳欣）