Gravity Delve 項(xiàng)目旨在通過(guò)在惡劣的地下鉆孔環(huán)境中探索該技術(shù)來(lái)利用量子重力傳感的潛力。

土木工程師經(jīng)常面臨尋找地下位置以鋪設(shè)電纜、管道或?qū)Ч芤怨��?yīng)電力、水、天然氣和電信服務(wù)等必要公用設(shè)施的挑戰(zhàn)。 

雖然存在許多用于地下傳感的技術(shù)，例如探地雷達(dá)，但科學(xué)家們直到最近才轉(zhuǎn)向量子技術(shù)，以更好地了解地表下發(fā)生的事情。

什么是量子重力傳感器？

根據(jù)伯明翰大學(xué)的研究人員的說(shuō)法，一種稱為量子重力感應(yīng)的新方法通過(guò)應(yīng)用一種稱為原子干涉測(cè)量的技術(shù)來(lái)工作。該技術(shù)使用冷原子“作為理想的測(cè)試質(zhì)量來(lái)創(chuàng)建可以測(cè)量重力梯度而不是絕對(duì)值的重力傳感器”。研究人員聲稱，這種方法繞過(guò)了可能干擾傳感的噪聲源。 

BBC 的一篇文章解釋說(shuō)，量子傳感使用激光將銣原子冷卻到略高于零（-273°C）。這些原子首先在真空中向上發(fā)射，并在重力將它們拉回時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

原子干涉儀如何用作重力傳感器。

a) 描述識(shí)別處于激發(fā)態(tài)的兩能級(jí)原子的概率與激光脈沖激發(fā)基態(tài)原子的持續(xù)時(shí)間。b) 原子干涉儀如何用作重力傳感器。圖片由Nature提供

雖然量子傳感器已經(jīng)在石油和天然氣領(lǐng)域取得了很大成功，但設(shè)計(jì)用于在地面上運(yùn)行的量子冷原子傳感器有望更好地檢測(cè)和監(jiān)測(cè)地下物體。

然而，迄今為止，尚未對(duì)部署在鉆孔中的量子重力傳感器的潛在好處給予太多關(guān)注。

用于鉆孔的量子重力傳感器

Gravity Delve Project (GDP) 匯集了來(lái)自英國(guó) Quantum Technology Hub Sensors and Timing（由伯明翰大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)）和井下技術(shù)專家 Nemein Ltd 的學(xué)者，共同探索基于原子干涉測(cè)量的量子重力傳感器。 

Nemein Ltd 目前正在開(kāi)發(fā)可部署在鉆孔中用于能量收集和環(huán)境傳感的設(shè)備。據(jù)該公司稱，這項(xiàng)技術(shù)將使伯明翰大學(xué)的量子傳感器（作為 GDP 的一部分開(kāi)發(fā)）能夠部署到井下環(huán)境的惡劣條件中。 

重力傳感器已成功應(yīng)用于石油和天然氣領(lǐng)域。圖片由伯明翰大學(xué)提供

伯明翰大學(xué)研究員兼該項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人 Jamie Vovrosh 博士表示，該項(xiàng)目提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以在新應(yīng)用中使用量子冷原子傳感器的“非凡性能”，有可能開(kāi)辟“實(shí)現(xiàn)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的途徑。”

該小組的研究發(fā)表在《自然》雜志上。 

減少碳?xì)浠�合物提取�?duì)環(huán)境的影響

在伯明翰大學(xué)已經(jīng)在冷原子重力傳感器方面開(kāi)展的工作的基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目將研究鉆孔應(yīng)用，例如碳捕獲和儲(chǔ)存 (CCS) 以及碳?xì)浠�合物和地�(zé)醿?chǔ)層。

它還將研究商業(yè)上可行的量子設(shè)備如何替代或增強(qiáng)當(dāng)前技術(shù)，以優(yōu)化 CCS 儲(chǔ)層并減少碳?xì)浠�合物開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響。 

量子傳感的不同應(yīng)用。圖片由 ESA 和Teledyne Imaging提供

研究人員還表示，該項(xiàng)目將促進(jìn)從化石燃料向可再生能源的過(guò)渡。作為該項(xiàng)目的一部分，將為創(chuàng)新的鉆孔量子冷原子傳感器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，這可能會(huì)導(dǎo)致第一個(gè)既具有成本效益又有效的深鉆孔量子傳感器。 

一旦開(kāi)發(fā)完成，基于原子干涉儀的技術(shù)有望顯著更小、更輕、更節(jié)能，同時(shí)提高靈敏度和更快的測(cè)量時(shí)間。

Nemein 的技術(shù)總監(jiān) Lawrence Till 評(píng)論說(shuō)：“Gravity Delve 不僅僅是一個(gè)優(yōu)化 CCS 和鉆孔能量提取的項(xiàng)目。作為一個(gè)相關(guān)項(xiàng)目，它非常重要，它表明量子技術(shù)可以部署在現(xiàn)實(shí)世界中一些惡劣的環(huán)境中，并展示對(duì)環(huán)境的切實(shí)好處。”