为了在地球表面下绘制地图，研究人员利用利用冷原子量子传感的重力梯度计创建了一个量子重力制图传感器。

除了量子计算，量子传感是工程师一直致力于将其变为现实的另一项重要的未来量子技术。 

在过去的几年里，关于量子传感器的研究来自多个机构，它们利用不同的技术在各个领域得到了应用。

然而，最近，量子重力梯度仪已成为流行的量子传感器研究课题。 

重力梯度法概述。图片由 大卫杰克逊提供

重力梯度测量，或以重力梯度的形式检测和观察地球引力场差异的研究，是一种大地测量学方法，主要用于自然资源的开发和导航以及对地下和海底物体的导航测量。

本文重点介绍伯明翰大学的一项新研究，该研究应用冷原子量子传感技术开发了一种先进的重力梯度测量技术，该技术应该比其电子技术更强大。

伯明翰大学的量子梯度研究

量子重力梯度测量的最新进展来自伯明翰大学的一组研究人员。 

作为与英国国防部签订合同的Gravity Pioneer 项目的一部分，这项研究旨在将量子重力感应带出实验室并进入现实世界。

为了实现这一目标，由迈克尔霍林斯基博士领导的科学家团队利用了冷原子云的特性。通过实施由垂直基线隔开的两个原子云的“沙漏”配置，该团队测量了当两个原子云掉落时引力场的拉力的轻微变化。 

沙漏梯度计的渲染。图片由Stray 等人提供

这种能力是可能的，因为当地下物体较大时，物体的密度与其周围环境之间的差异更为显着。然后可以通过重力梯度传感技术观察和测量这种差异。

本实验中使用的特殊技术使用基于激光的特殊仪器将原子云冷却到只有几百纳开尔文，这使传感器具有“量子”性质。 

将原子冷却到接近绝对零的温度揭示了它们的波浪状特征。量子力学定律取代了经典物理学定律，使科学家能够在实验中利用原子的量子粒子特性。 

从这个传感器进行测量是基于称为干涉测量的科学方法，其中叠加波的干涉（在这种情况下，两个原子云的“沙漏”配置）用于提取一些信息，在这种情况下，重力梯度. 

尽管用于重力梯度映射的原子干涉测量法并不是一个新想法，早在 1980 年代后期就已被提议用于传感器的开发，但这是第一项在实验室外成功进行实际测量的研究，具有潜力成为未来的商业产品。

据伯明翰大学的研究人员称，通过使用他们的技术，他们能够成功消除以下影响： 

• 微震和振动噪声

• 热和磁场变化 

• 仪器倾斜

通过发现这些特征的影响，他们的传感器声称优于电子传感器，因为每次读取之间的时间更短，空间分辨率更高。

重力梯度测量和量子传感器的未来

毫无疑问，量子传感器正逐渐成为主流技术。来自伯明翰大学甚至美国宇航局等机构的每一项与量子相关的研究都 表明，通过利用粒子的量子性质并将其用于我们的优势，未来可能会发生什么。

此外，在本研究中，地质调查在电子、电气和土木工程等行业的现有技术的制造、建造和燃料供应方面尤为重要。 

许多科学领域也严重依赖这些地理方法，可以深入了解地球表面之下、海洋深处以及大气层本身。

作为这样一种方法，重力梯度测量通过缩短测量时间和降低公司和研究人员进入的财务壁垒，在改善这些领域和行业方面具有很大的潜力。

这就是为什么解决电子重力梯度传感器面临的挑战，特别是通过在量子领域进行创新，可以导致： 

• 更安全的自然资源挖掘方法

• 通过更高效的城市规划更安全、更快地建设

• 更好的海洋和空中航行

• 海啸和火山爆发等自然灾害预警系统的开发

• 总而言之，传感技术的研究和改进是迈向未来的关键。