美国宇航局开发从来第一个引力测量天基量子传感器

美国宇航局开发从来第一个引力测量天基量子传感器

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“我们可以用原子确定喜马拉雅山脉的质量”。

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地球引力的映射。红色表示世界上施加更大引力的区域，而蓝色表示施加引力更小的区域。一个科学级的量子引力梯度仪有一天以前所未有的精度绘制这样的映射。 (Image credit: NASA)

科学家们正在开发一种用于近地轨道的能探测到地球引力中最小震颤的先进量子传感器。

这些几乎不可感知的变化——由移动的水、构造活动或移动的岩石造成——提供关于行星表面下躺着什么的线索。

该新设备可以允许映射地下特征如含水层和矿藏，这些特征对导航、资源管理和国家安全是关键数据。

南加州喷气推进实验室地球科学首席技术专家、喷气推进实验室量子空间创新中心主任杰森·海昂在4月15日的一份声明中说，“我们可以用原子确定喜马拉雅山的质量”。

量子传感器比如由喷气推进实验室、私人公司和学术机构开发的量子引力梯度仪探路者（QGGPf）仪器，用自由落体中下落的原子云并冷却到接近绝对零度。

随它们落下激光就像镜子和分裂器一样行动将原子分开，然后将它们重新带回一起。当原子重组时原子干扰的方式揭示它们被引力加速了多少，允许科学家来极精确测量引力中最微小的变化。

这些尖端的工具基于一种叫原子干涉测量法的技术，比传统仪器远更灵敏，而且它们仍在改进。研究人员现在正在改进这项技术使它更加准确和耐用。

喷气推进实验室的实验物理学家赵盛维在同一份声明中说，“对原子我能保证每次测量都是一样的。我们对环境影响是更少敏感的”。

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由于量子引力梯度仪探路者传感器用原子而不是笨重的机械部件它是令人惊讶紧凑的——大约有一个小型洗衣机的大小——重量只有275磅（125公斤）。这使它比传统的天基引力仪器更小、更轻，这是太空使命的一个巨大优势，太空使命大小、重量和发射成本都被严格限制。

美国宇航局计划在这个十年末对这种新传感器进行太空测试。该技术演示使命将放一套尖端工具来测试，推动光和原子在最小尺度上相互作用的极限。

喷气推进实验室的博士后研究员本·斯特雷说，“目前还没有人尝试飞这些仪器，而。我们需要飞它，这样我们能弄清楚它多好运作的，这将允许我们不仅推进量子引力梯度仪，还可以推进一般量子技术”。