真人版黄金矿工必备：量子传感器，实现前所未有的高精度地下探测( 二 ) 正如理论上量子计算机可以找

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这个激光原子阱包含了一个过冷的铷原子云，可以对它们的重力位移进行超精确的测量，为该设备的探地雷达传感奠定了基础|参考文献[1]
具体来说，激光脉冲驱动原子进入叠加态，两种形式的原子沿着略微不同的轨迹下落。这些薛定谔的猫状态的原子随即会被重新组合。然后，由于波粒二象性（粒子可以像波一样行动，反之亦然的量子现象），这些原子量子力学地相互干涉，它们的波峰和波谷相互增强或抑制。分析这种干涉的性质可以揭示出在它们分离的路径上感受到的微妙的引力作用差异。
【真人版黄金矿工必备：量子传感器，实现前所未有的高精度地下探测】传感器采用沙漏配置，设备的每一半都有一团铷原子云，垂直分隔1米。因此，该传感器可以在同一地点的两个不同高度上测量地球重力的强度。通过比较这些铷原子云的数据，研究人员可以解释各种各样的噪音来源，如振动、热场和磁场的变化、激光的随机性以及传感器的倾斜。
在实验中，该传感器可以探测到埋在英国伯明翰市两座多层建筑物之间的路面下约0.5米的2×2米的公用隧道。它可以在15分钟内收集10个数据点。
“我们团队开发的沙漏装置是一个飞跃，并最终促成了这一先进的测绘技术。 ”研究的共同资深作者，伯明翰大学的量子物理学家凯·邦斯（KaiBongs）解释道。
佛罗伦萨大学（UniversityofFlorence）的实验物理学家尼古拉·波利（NicolaPoli）在对这项新研究的评论中说，这种新设备的灵敏度大约是目前报道的最好的重力量子传感器的三十分之一。然而，未参与这项新研究的波利（Poli）指出，这种新设备的优点在于它能在实验室外的真实环境中发挥作用。
“这种量子技术之前已经在世界各地的实验室得到了验证，但这些仪器不适合在户外运行，容易受到环境影响,”邦斯（Bongs）说， “我们的是第一个真正在室外工作的，而且仍然足够敏感，可以找到隧道。 ”

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背包大小的重力传感器|参考文献[1]
这种传感器有很多潜在的应用价值。在土木工程中，它可以看到隐藏的地下结构，如隧道、矿井和天坑，以减少施工风险。在采矿业，它可以帮助发现地下自然资源。在考古学中，它可以在不破坏挖掘的情况下发现地下的秘密。它还可以帮助监测岩浆在火山下的流动，以警告潜在的火山爆发和地下水水位和流动，以帮助改善洪水模型。
班格斯（Bongs）指出，这种传感器还不能创建特别精细的图像，例如，检测在房子里的人。由于分辨率太低，这一点尚且无法做到。
科学家们现在正在开发一种背包大小的量子重力传感器，可以在移动平台上使用。研究人员设想，他们的设备最初将被用于一种“停停走走”的测绘方式，即停下来测量一个点的地球引力，然后移动到邻近的一个点。进一步的发展趋势可能会使重力制图与传感器“在一个不断移动的平台上。 ”邦斯（Bongs）说。
参考文献
[1]https://spectrum.ieee.org/quantum-sensors-gravity-birmingham
编译：绿洲
编辑：酥鱼
排版：尹宁流
题图来源：《夺宝奇兵》