為了在地球表面下繪制地圖，研究人員利用利用冷原子量子傳感的重力梯度計創建了一個量子重力制圖傳感器。

除了量子計算，量子傳感是工程師一直致力于將其變為現實的另一項重要的未來量子技術。 

在過去的幾年里，關于量子傳感器的研究來自多個機構，它們利用不同的技術在各個領域得到了應用。

然而，最近，量子重力梯度儀已成為流行的量子傳感器研究課題。 

重力梯度法概述。圖片由 大衛杰克遜提供

重力梯度測量，或以重力梯度的形式檢測和觀察地球引力場差異的研究，是一種大地測量學方法，主要用于自然資源的開發和導航以及對地下和海底物體的導航測量。

本文重點介紹伯明翰大學的一項新研究，該研究應用冷原子量子傳感技術開發了一種先進的重力梯度測量技術，該技術應該比其電子技術更強大。

伯明翰大學的量子梯度研究

量子重力梯度測量的最新進展來自伯明翰大學的一組研究人員。 

作為與英國國防部簽訂合同的Gravity Pioneer 項目的一部分，這項研究旨在將量子重力感應帶出實驗室并進入現實世界。

為了實現這一目標，由邁克爾霍林斯基博士領導的科學家團隊利用了冷原子云的特性。通過實施由垂直基線隔開的兩個原子云的“沙漏”配置，該團隊測量了當兩個原子云掉落時引力場的拉力的輕微變化。 

沙漏梯度計的渲染。圖片由Stray 等人提供

這種能力是可能的，因為當地下物體較大時，物體的密度與其周圍環境之間的差異更為顯著。然后可以通過重力梯度傳感技術觀察和測量這種差異。

本實驗中使用的特殊技術使用基于激光的特殊儀器將原子云冷卻到只有幾百納開爾文，這使傳感器具有“量子”性質。 

將原子冷卻到接近絕對零的溫度揭示了它們的波浪狀特征。量子力學定律取代了經典物理學定律，使科學家能夠在實驗中利用原子的量子粒子特性。 

從這個傳感器進行測量是基于稱為干涉測量的科學方法，其中疊加波的干涉（在這種情況下，兩個原子云的“沙漏”配置）用于提取一些信息，在這種情況下，重力梯度. 

盡管用于重力梯度映射的原子干涉測量法并不是一個新想法，早在 1980 年代后期就已被提議用于傳感器的開發，但這是第一項在實驗室外成功進行實際測量的研究，具有潛力成為未來的商業產品。

據伯明翰大學的研究人員稱，通過使用他們的技術，他們能夠成功消除以下影響： 

• 微震和振動噪聲

• 熱和磁場變化 

• 儀器傾斜

通過發現這些特征的影響，他們的傳感器聲稱優于電子傳感器，因為每次讀取之間的時間更短，空間分辨率更高。

重力梯度測量和量子傳感器的未來

毫無疑問，量子傳感器正逐漸成為主流技術。來自伯明翰大學甚至美國宇航局等機構的每一項與量子相關的研究都 表明，通過利用粒子的量子性質并將其用于我們的優勢，未來可能會發生什么。

此外，在本研究中，地質調查在電子、電氣和土木工程等行業的現有技術的制造、建造和燃料供應方面尤為重要。 

許多科學領域也嚴重依賴這些地理方法，可以深入了解地球表面之下、海洋深處以及大氣層本身。

作為這樣一種方法，重力梯度測量通過縮短測量時間和降低公司和研究人員進入的財務壁壘，在改善這些領域和行業方面具有很大的潛力。

這就是為什么解決電子重力梯度傳感器面臨的挑戰，特別是通過在量子領域進行創新，可以導致： 

• 更安全的自然資源挖掘方法

• 通過更高效的城市規劃更安全、更快地建設

• 更好的海洋和空中航行

• 海嘯和火山爆發等自然災害預警系統的開發

• 總而言之，傳感技術的研究和改進是邁向未來的關鍵。