| 小科普： 随我看地球 – XIV 爱迪生时刻: 量子地下绘图技术新突破 Source: SciTechDaily 原创：University Of Birmingham，February 27, 2022
量子重力制图前景透视图，空间分辨率0.5米，不确定性级别为20E。Aquifes = 含水层，Tunnels = 隧道，soil compaction = 土壤固结，soil moistur = 土壤湿度，buildings = 建筑，archaeology = 古迹，future gravity cartography = 未来重力制图，surface = 地表。图片来源/Credit: SciTechDaily。 地下绘图技术的破晓发明 使用量子技术描绘隐藏在地下的物体是一个期待已久的目标，这对工业、考古，人类知识和国家安全具有深远的影响，让人类对九泉底下奥秘的了解变得轻松自如。 英国国家量子技术中心传感器和计时领域的伯明翰大学研究人员最近在”自然杂志上”发表了这一非凡的研究成果。这是世界上第一台量子重力梯度仪。 量子重力梯度仪是根据英国国防部和英国国家科研与创新署(UKRI)资助而开发的”重力先驱(Gravity Pioneer)”项目。该设备适用于寻找在地表一米以下的真实条件下的户外隧道。它拔得了将技术带到户外应用的国际头筹。该传感器是操控亚分子水平的基础上使用量子物理学原理检测地下微重力的变化。 这一项前所未有的技术实破开辟了一条广阔前景的商业道路和广泛的用途，例如： * 减少建设、铁路和公路项目的成本和延误。 * 改进对火山爆发等自然现象的预测。 * 发现隐藏的自然资源和建筑结构，使山体内建筑和地下的掩体都将无处遁形。 * 在不破坏挖掘的情况下了解考古奥秘。 伯明翰大学冷原子物理系主任兼英国量子技术中心传感器和计时首席研究员 Kai Bongs 教授说：“这是传感领域的‘爱迪生时刻’，它将改变社会、人类的认知和经济。有了这一突破，我们有可能在探索、建造和修复时不再依赖糟糕的记录和运气。此外，目前不可见的地下地图离我们更近了一步，⋯⋯” 当前的重力传感器受到一系列环境因素的限制。一个特别的挑战是振动，它限制了测量应用中所有重力传感器的测量时间。如果这一局限得以解决，调查就可以变得更快、更全面、成本更低。 伯明翰原子干涉测量学负责人、也是该研究的主要作者迈克尔•霍林斯基(Michael Holynski)博士和他在伯明翰的团队开发的传感器是一种重力梯度仪。他们的系统克服了振动和其他各种环境挑战，以便在该领域成功应用其量子技术。 与工程学院 Nicole Metje 教授领导的土木工程师合作所取得的成功检测是长期开发计划的结晶，该计划从一开始就与最终用户密切相关。这一突破将使未来的重力调查更便宜、更可靠，交付速度可以提高 10 倍，同时将调查所需的时间从一个月缩短到几天。它有可能为重力测量开辟一系列新的应用，为观察地下奥秘提供一个新的镜头。 量子重力传感器的工作原理 量子重力传感器当原子云落下时可以测量引力场拉力强度的细微变化。物体越大，物体与周围环境的密度差异越大，可测量的拉力差异也就越大。但是，振动、仪器倾斜以及磁场和热场的破坏使得将量子理论转化为商业现实具有挑战性。伯明翰量子传感器的突破是第一个应对这些现实世界的挑战，和执行高空间分辨率调查。消除由于振动引起的噪声将解锁高空间分辨率的重力制图工作。 RSK地球科学与工程部主任 George Tuckwell 教授说：“检测矿山作业、隧道和不稳定地面等地面条件对于我们设计、建造和维护住房、工业和基础设施的能力至关重要。这项新技术所代表的改进可以改变我们绘图和交付这些项目的方式”。 量子传感联合项目技术主管兼DSTL高级首席科学家 Gareth Brown 博士说：“对于国防和安全而言，我们对微重力变化的准确和快速测量开辟了新的机会。这个方法可以检测到其他方式无法检测到的事物, 并提供更安全的导航环境。随着重力感应技术的成熟，水下导航和揭示地下奥秘的应用将成为可能。” 研究成果来源于Stray等人，2022 自然 DOI：10.1038/s41586-021-04315-3 章纪君供稿 作者简介： 章纪君博士，1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫；1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑，海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年进入加拿大哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造，1996年取得博士学位。在学期间获奖情况：1996-1999年：美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。 1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚－美国合营公司－”绿州石油公司”任实验室主任，从事古生物，地层和古盆地重建工作， 同时担任石油公司的地质，古生物学的教育培训工作。 出版物二部书，中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。 在”海洋出版社”1988年专著一书中，命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中，命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei). 出版文章20余篇，发表于各种科学杂志上,
如Palaios,Deep Sea Research, Marine Micropaleontology,
Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Oceanography Acta
Sinica等.为绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇. |
