英國(guó)伯明翰大學(xué)研究人員近日在《自然》雜志上發(fā)表研究稱，世界上第一臺(tái)非實(shí)驗(yàn)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(duì)學(xué)界、業(yè)界和國(guó)家安全等將具有深遠(yuǎn)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(cè)微重力的變化，測(cè)量當(dāng)原子云落下時(shí)引力場(chǎng)拉力的細(xì)微變化。物體越大，其密度與周圍環(huán)境的差異越大，可測(cè)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(zhuǎn)化為商業(yè)現(xiàn)實(shí)具有挑戰(zhàn)性。伯明翰量子傳感器的突破性成功開啟了一條商業(yè)之路，是第一個(gè)迎接這些現(xiàn)實(shí)世界挑戰(zhàn)并進(jìn)行高空間分辨率調(diào)查的項(xiàng)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(cè)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(xiàng)目的成本和延誤；考古學(xué)家或可用于測(cè)繪墓穴和隱藏在地下的結(jié)構(gòu)，在不破壞性挖掘的情況下了解考古奧秘；它還可用于測(cè)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(xiàn)隱藏的自然資源；還可改進(jìn)對(duì)火山噴發(fā)等自然現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。

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(zhàn)是振動(dòng)，這限制了用于測(cè)量應(yīng)用的所有重力傳感器的測(cè)量時(shí)間。如果能夠解決這些限制，調(diào)查就可以變得更快、更全面、成本更低。

新開發(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(zhàn)。這一突破將使未來(lái)的重力測(cè)量更便宜、更可靠，交付速度快10倍，探測(cè)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(cè)量開辟一系列新的應(yīng)用領(lǐng)域，為進(jìn)入地下提供一個(gè)新的視角。此外，準(zhǔn)確和快速地測(cè)量微重力的進(jìn)步為促進(jìn)國(guó)防和國(guó)家安全打開新機(jī)遇，未來(lái)我們可以探測(cè)到原本無(wú)法探測(cè)到的東西，并在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中更安全地航行。隨著重力傳感技術(shù)的成熟，水下導(dǎo)航和揭示地下條件的應(yīng)用將成為可能。