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計(jì)量邁入量子時(shí)代 量子走進(jìn)科技生活
2022年02月25日 10:46:53
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：6908
2月23日，英國(guó)伯明翰大學(xué)研究人員在《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,。
【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】精密測(cè)量是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，在測(cè)量精度的提升下,，通信,、導(dǎo)航技術(shù)也在不斷發(fā)展，不僅使社會(huì)生活越來(lái)越便利,，同時(shí)也為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了越來(lái)越便捷的利器,。量子精密測(cè)量是利用量子力學(xué)規(guī)則，特別是基本量子體系的一致性,，對(duì)一些關(guān)鍵物理量進(jìn)行高精度與高靈敏度的測(cè)量,。
2月23日，英國(guó)伯明翰大學(xué)研究人員在《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，能夠找到隱藏在底下的物體,，其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。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,。
“走出實(shí)驗(yàn)室”的首臺(tái)量子重力儀
傳統(tǒng)的重力儀可以等效為懸掛有質(zhì)量的彈簧,，通過(guò)彈簧的伸縮從而反映出重力的變化，但由于彈簧的伸縮情況本身就是會(huì)受到地面振動(dòng)的影響,，需要對(duì)傳統(tǒng)重力儀不斷進(jìn)行校準(zhǔn)才能保持測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,，并且每一次的讀數(shù)都需要等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間以平均地面振動(dòng)帶來(lái)的背景噪聲的影響，并且振動(dòng)的因素不僅僅局限于駛過(guò)的卡車,、火車和低強(qiáng)度的地震活動(dòng)等,。
而量子重力梯度儀只有一個(gè)整體的運(yùn)動(dòng)模式，不存在類似彈簧的彈性特征,，量子重力儀的裝置、原子團(tuán)以及探測(cè)原子下落的激光會(huì)一起運(yùn)動(dòng),，能夠消除不必要的敏感源,，同時(shí)也可以抑制地面振動(dòng)等噪聲，從而提高靈敏度。量子重力儀能夠更加廣泛地運(yùn)用在更多的地方,，并且能使測(cè)量更快,、更有效、更精準(zhǔn),。
2021年1月,，華中科技大學(xué)引力中心團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)15年潛心研究，攻克了物質(zhì)波干涉,、超低頻隔振,、裝備小型化等量子重力儀的關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出我國(guó)首臺(tái)高精度絕對(duì)重力儀,。人們可以將這種重力儀安置在飛機(jī)上,，然后在這片天空下為我們的地球做一次CT，當(dāng)它對(duì)著地球進(jìn)行一番分析后,，不僅能夠得知地球上的山脈,、河流以及礦產(chǎn)的分布情況，同時(shí)也能夠幫助人們找到地底下的油氣資源,。
但在此之前,，量子重力儀在地球物理中也不常用，為了消除振動(dòng),、儀器傾斜以及磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的干擾,，量子重力儀必須在一個(gè)位置探測(cè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，累積大量的數(shù)據(jù),，代價(jià)昂貴,，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使之成功開(kāi)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,。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(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。它極有可能為重力測(cè)量開(kāi)辟一系列新的應(yīng)用領(lǐng)域,，為底下提供一個(gè)新的視角,。
量子重力儀為各行各業(yè)帶來(lái)便利
量子重力儀在探測(cè)鐵軌涵洞上起著重要的作用。部分鐵軌涵洞被深埋在軌道之下,，即便是使用探地雷達(dá),，但由于探測(cè)深度有時(shí)無(wú)法滿足需求，并且工程師通常只能在夜間幾小時(shí)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)量，使之很難確認(rèn)它們的位置和評(píng)估其狀態(tài),。而量子重力儀由于沒(méi)有振動(dòng)產(chǎn)生的噪音,，所以測(cè)量速度更快，而且也不需要靜止,。這種量子重力儀能夠直接安裝在火車上,，在火車行駛時(shí)就能夠?qū)﹁F軌進(jìn)行掃描。
在海洋導(dǎo)航領(lǐng)域,，量子重力儀還可以被用于增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的有效性,。在繪制出準(zhǔn)確的重力網(wǎng)的前提下，輪船就能夠利用攜帶的量子重力儀記錄重力值并與重力網(wǎng)比較,，以確定自身的位置,。并且量子重力儀不像輪船的通信、衛(wèi)星和雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)甚至一切可以連接外界的工具一樣容易被非法入侵,，唯一能夠顯著干預(yù)重力傳感器的方式就是改變重力信號(hào),，而這意味著要搬動(dòng)一座山那么大的質(zhì)量。
不僅如此,，量子重力儀還能夠被用在測(cè)量火山地質(zhì)上,，提供巖石、氣體和巖漿等地下物質(zhì)的密度變化,。在重力增加時(shí),，很可能意味著致密物質(zhì)如巖漿的流入；在重力減小時(shí),，即意味著存在滲坑,。通過(guò)利用測(cè)量火山表面的重力來(lái)反演地下的地球物理過(guò)程，以獲得火山內(nèi)部運(yùn)動(dòng)更深入的理解,。
我國(guó)加強(qiáng)以量子計(jì)量為核心的先進(jìn)測(cè)量體系建設(shè)
近日,，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)中明確提出，到2035年,，建成以量子計(jì)量為核心,、科技水平一流、符合時(shí)代發(fā)展需求和國(guó)際化發(fā)展潮流的國(guó)家現(xiàn)代先進(jìn)測(cè)量體系,。我國(guó)量子精密測(cè)量產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)新機(jī)遇,。
計(jì)量能力和測(cè)量水平關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)際地位，是科技創(chuàng)新,、產(chǎn)業(yè)發(fā)展,、國(guó)防建設(shè)、民生保障的重要基礎(chǔ),，并且隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,，先進(jìn)制造,、精密制造,、精準(zhǔn)醫(yī)療等諸多領(lǐng)域?qū)珳?zhǔn)測(cè)量測(cè)試的需求進(jìn)一步增長(zhǎng),。而利用量子狀態(tài)對(duì)環(huán)境的高度敏感，可以對(duì)時(shí)間,、位置,、加速度等物理量實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典技術(shù)極限的量子精密測(cè)量，大幅度提升衛(wèi)星導(dǎo)航,、水下定位,、醫(yī)學(xué)檢測(cè)和引力波探測(cè)等的準(zhǔn)確性和精度。
(參考來(lái)源：科技日?qǐng)?bào),、《物理》期刊)
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