什么是量子重力传感器

Gravity Delve 项目旨在通过在恶劣的地下钻孔环境中探索该技术来利用量子重力传感的潜力。

土木工程师经常面临寻找地下位置以铺设电缆、管道或导管以供应电力、水、天然气和电信服务等必要公用设施的挑战。 

虽然存在许多用于地下传感的技术，例如探地雷达，但科学家们直到最近才转向量子技术，以更好地了解地表下发生的事情。

什么是量子重力传感器？

根据伯明翰大学的研究人员的说法，一种称为量子重力感应的新方法通过应用一种称为原子干涉测量的技术来工作。该技术使用冷原子“作为理想的测试质量来创建可以测量重力梯度而不是绝对值的重力传感器”。研究人员声称，这种方法绕过了可能干扰传感的噪声源。 

BBC 的一篇文章解释说，量子传感使用激光将铷原子冷却到略高于零（-273°C）。这些原子首先在真空中向上发射，并在重力将它们拉回时进行测量。

原子干涉仪如何用作重力传感器。

a) 描述识别处于激发态的两能级原子的概率与激光脉冲激发基态原子的持续时间。b) 原子干涉仪如何用作重力传感器。图片由Nature提供

虽然量子传感器已经在石油和天然气领域取得了很大成功，但设计用于在地面上运行的量子冷原子传感器有望更好地检测和监测地下物体。

然而，迄今为止，尚未对部署在钻孔中的量子重力传感器的潜在好处给予太多关注。

用于钻孔的量子重力传感器

Gravity Delve Project (GDP) 汇集了来自英国 Quantum Technology Hub Sensors and Timing（由伯明翰大学领导）和井下技术专家 Nemein Ltd 的学者，共同探索基于原子干涉测量的量子重力传感器。 

Nemein Ltd 目前正在开发可部署在钻孔中用于能量收集和环境传感的设备。据该公司称，这项技术将使伯明翰大学的量子传感器（作为 GDP 的一部分开发）能够部署到井下环境的恶劣条件中。 

重力传感器已成功应用于石油和天然气领域。图片由伯明翰大学提供

伯明翰大学研究员兼该项目技术负责人 Jamie Vovrosh 博士表示，该项目提供了一个机会，可以在新应用中使用量子冷原子传感器的“非凡性能”，有可能开辟“实现未来经济和社会效益的途径。”

该小组的研究发表在《自然》杂志上。 

减少碳氢化合物提取对环境的影响

在伯明翰大学已经在冷原子重力传感器方面开展的工作的基础上，该项目将研究钻孔应用，例如碳捕获和储存 (CCS) 以及碳氢化合物和地热储层。

它还将研究商业上可行的量子设备如何替代或增强当前技术，以优化 CCS 储层并减少碳氢化合物开采对环境的影响。 

量子传感的不同应用。图片由 ESA 和Teledyne Imaging提供

研究人员还表示，该项目将促进从化石燃料向可再生能源的过渡。作为该项目的一部分，将为创新的钻孔量子冷原子传感器开发设计，这可能会导致第一个既具有成本效益又有效的深钻孔量子传感器。 

一旦开发完成，基于原子干涉仪的技术有望显着更小、更轻、更节能，同时提高灵敏度和更快的测量时间。

Nemein 的技术总监 Lawrence Till 评论说：“Gravity Delve 不仅仅是一个优化 CCS 和钻孔能量提取的项目。作为一个相关项目，它非常重要，它表明量子技术可以部署在现实世界中一些恶劣的环境中，并展示对环境的切实好处。”

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