量子重力傳感器的突破為繪制地下世界的突破性地圖鋪平道路

科學(xué)家們利用量子技術(shù)找到了隱藏在地下的物體--這是一個(gè)期待已久的里程碑，對(duì)工業(yè)、人類知識(shí)和國(guó)家安全有著深遠(yuǎn)的影響。英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)中心的伯明翰大學(xué)研究人員在《自然》雜志上報(bào)告了他們的成就。這是世界上第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室條件之外的量子重力梯度儀。

量子重力梯度儀是根據(jù)國(guó)防部的合同，在英國(guó)研究院資助的“Gravity Pioneer”項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)的，它被用來(lái)在真實(shí)世界的條件下找到埋在地表下一米的戶外隧道。它贏得了一場(chǎng)將該技術(shù)帶到室外的國(guó)際競(jìng)賽。

該傳感器的工作原理是利用量子物理學(xué)原理檢測(cè)微重力的變化，該原理是基于在亞分子水平上操縱自然。

這一成功開(kāi)辟了一條商業(yè)之路，大大改善了對(duì)地面以下存在物的測(cè)繪。

這將意味著：

減少建筑、鐵路和公路項(xiàng)目的成本和延誤。

改進(jìn)對(duì)自然現(xiàn)象的預(yù)測(cè)，如火山噴發(fā)。

發(fā)現(xiàn)隱藏的自然資源和建筑結(jié)構(gòu)。

在不破壞挖掘的情況下了解考古學(xué)之謎。

伯明翰大學(xué)冷原子物理學(xué)系主任、英國(guó)量子技術(shù)中心傳感器和計(jì)時(shí)的首席研究員Kai Bongs教授說(shuō)：“這是傳感領(lǐng)域的一個(gè)‘愛(ài)迪生時(shí)刻’，將改變社會(huì)、人類的理解和經(jīng)濟(jì)?！?/p>

“有了這一突破，我們就有可能在探索、建設(shè)和維修時(shí)結(jié)束對(duì)不良記錄和運(yùn)氣的依賴。此外，目前看不見(jiàn)的地下地圖現(xiàn)在更近了一大步，結(jié)束了我們對(duì)南極洲的了解多于我們街道下幾英尺的情況。”

目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(zhàn)是振動(dòng)，它限制了所有用于勘測(cè)的重力傳感器的測(cè)量時(shí)間。 如果這些限制能夠得到解決，調(diào)查可以變得更快、更全面、更低成本。

伯明翰原子干涉測(cè)量學(xué)負(fù)責(zé)人、該研究的主要作者M(jìn)ichael Holynski博士和他在伯明翰的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的傳感器是一個(gè)重力梯度儀。他們的系統(tǒng)克服了振動(dòng)和其他各種環(huán)境挑戰(zhàn)，以便在該領(lǐng)域成功應(yīng)用量子技術(shù)。與工程學(xué)院Nicole Metje教授領(lǐng)導(dǎo)的土木工程師合作實(shí)現(xiàn)的成功探測(cè)，是一個(gè)長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的高潮，該項(xiàng)目從一開(kāi)始就與終端用戶緊密聯(lián)系。

研究人員表示，這一突破將使未來(lái)的重力測(cè)量更便宜、更可靠，并以10倍的速度交付，將測(cè)量所需的時(shí)間從一個(gè)月減少到數(shù)天。它有可能為重力測(cè)量開(kāi)辟一系列新的應(yīng)用，為了解地下提供一個(gè)新的視角。

RSK的地球科學(xué)和工程主任George Tuckwell教授說(shuō)：“探測(cè)地面狀況，如礦井、隧道和不穩(wěn)定的地面，是我們?cè)O(shè)計(jì)、建造和維護(hù)住房、工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施的基本能力。這項(xiàng)新技術(shù)所代表的改進(jìn)能力可以改變我們繪制地面地圖和交付這些項(xiàng)目的方式。”

量子傳感聯(lián)合項(xiàng)目技術(shù)主管、Dstl高級(jí)首席科學(xué)家Gareth Brown博士說(shuō)：“對(duì)于國(guó)防和安全來(lái)說(shuō)，對(duì)微重力變化的精確和快速測(cè)量，為探測(cè)原本無(wú)法探測(cè)到的東西和在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中更安全地航行提供了新的機(jī)會(huì)。隨著重力感應(yīng)技術(shù)的成熟，水下導(dǎo)航和揭示地下的應(yīng)用將成為可能。”

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關(guān)鍵詞： 重力梯度儀 技術(shù)中心 重力測(cè)量 伯明翰大學(xué) 研究人員