量子技術を使用した量子重力勾配計

浜松ホトニクス-フォトンカウンティング用の新しい検出器
研究者は、量子重力勾配計でフィールドの成功を報告します
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イギリス、バーミンガム、2022年3月7日—バーミンガム大学のセンサーとタイミングに関する英国国立量子技術ハブの研究者は、量子技術を使用して地下に隠された物体を検出しました。彼らは、量子重力グラディオメーターが実験室の条件の外で実用化されたのはこれが初めてだと言った。 

勾配計は、国防省と英国研究技術革新機構（UKRI）が資金提供するGravityPioneerプロジェクトの契約に基づいて開発されました。研究者たちは、この装置を使用して、地表から1m下の屋外に埋められた実際の状態のトンネルを見つけました。 
プールズキャバーンの地下で使用されているセンサー。 バーミンガム大学の礼儀。
地下で使用されている量子重力勾配センサー。 重力地図作成とアプリケーション関連の条件での操作を可能にするために、研究者は、垂直ベースラインによって分離された原子の2つの雲でロバストな結合微分測定を可能にする冷原子重力勾配計を実装しました。セットアップでは、2つの逆向きの単一ビーム磁気光学トラップにより、一般的なラマンビームの通過により干渉法を実行できました。バーミンガム大学の礼儀。 
量子重力勾配センサーは、分子以下のレベルで自然を操作することに基づく量子物理学の原理を使用して、微小重力の変化を検出することによって機能します。この技術は、地下の状態のマッピングを大幅に改善するための商業的な道を開く可能性があります。建設、鉄道、道路プロジェクトのコストと遅延を削減できる可能性があります。火山噴火などの自然現象の予測や、隠れた天然資源や地下構造物の発見を改善する可能性があります。そしてそれは考古学に影響を与える可能性があります。 

「これは、社会、人間の理解、経済を変革するセンシングの「エジソンの瞬間」です。この画期的な進歩により、探索、構築、修復の際に、貧弱な記録と運への依存を終わらせる可能性があります」と、大学のCold Atom Physicsの責任者であり、UK Quantum Technology Hub SensorsandTimingの主任研究員であるKaiBongsは述べています。「さらに、現在見えていないものの地下地図が大幅に近づき、通りの数フィート下にあるものよりも南極大陸についてよく知っている状況が終わりました。」 

現在の重力センサーは、さまざまな環境要因によって制限されています。特定の課題は振動です。これは、調査アプリケーションのすべての重力センサーの測定時間を制限します。これらの制限に対処できれば、調査はより迅速かつ包括的になり、コストも削減できます。 

勾配計は、バーミンガムの原子干渉計の責任者であり、研究の筆頭著者であるMichaelHolynskiが率いるチームによって開発されました。このデバイスは、脈動およびレーザーノイズ、熱および磁場の変動、機器の傾きなど、さまざまな課題を克服することができます。 

大学の工学部のニコール・メチェ教授が率いる土木技師と共同で実現した検出の成功は、当初からエンドユーザーと密接に関連してきた長期的な開発プログラムの集大成です。 
20°Eの不確実性レベルで、ある領域にわたって0.5mの空間分解能で使用されている将来の重力地図作成の展望。 さまざまなアプリケーションで予想される信号サイズが示されています。 バーミンガム大学の礼儀。
20 Eの不確実性レベルで、ある領域にわたって0.5mの空間分解能で使用される将来の重力地図作成の展望。さまざまなアプリケーションで予想される信号サイズが示されています。バーミンガム大学の礼儀。
「鉱山の仕組み、トンネル、不安定な地面などの地面の状態を検出することは、住宅、産業、インフラストラクチャを設計、建設、維持する当社の能力の基本です。この新しいテクノロジーが表す改善された機能は、私たちが地面をマッピングしてこれらのプロジェクトを提供する方法を変える可能性があります」とRSKグループの地球科学およびエンジニアリングのディレクターであるGeorgeTuckwellは述べています。