利用发现引力波的原理来挖石油，量子设备的商业化趋势已现

2017-08-05 13:15 来源:麻省理工科技评论 引力波 /技术

原标题：利用发现引力波的原理来挖石油，量子设备的商业化趋势已现

日前，来自英国伯明翰大学的科学家们制造出了一台“量子重力仪”设备。这台1 立方米大小的设备使用冷铷原子云作为传感器，感知重力的微弱变化，从而对重力进行高精度的测量，可能在日后被用于石油、天然气和矿产的探测。

更重要的是，它实现了将“引力波”、“叠加态”等抽象量子物理概念在生活中简易、便携的应用，并且很有可能为量子设备开辟一条新的商业化道路。

图丨量子“重力仪”

尽管量子重力仪的原理和宇宙中的引力波测量的基本原理相似，但在英国研究者们的规划中，目前最适合量子重力仪的工作是地球上的矿产探测。他们是这么解释的：如果两朵原子云在不同地点的下落速度不同，那么就意味着下方的地面密度是不同的——这种情况就意味着地下可能会有特殊结构，比如贮藏了石油或某些矿产。

设备开发者之一、伯明翰大学教授 Kai Bongs 表示：“这台设备背后的原理其实就是：任何质量都会产生引力场，并能够被精度非常高的引力传感器检测到”。由于密度大的矿产物质能比普通土地产生更大的引力，重力仪很有可能成为帮助寻找石油、矿产驻藏地的强大工具。也正是因为这个原因，石油、天然气行业对重力仪抱有极大的兴趣。

除此之外，建筑公司也可以使用量子重力仪定位地下管道，以防不慎挖开错误的道路，造成管道破坏和后续经济损失。

图丨伯明翰大学教授 Kai Bongs

目前，石油工人和建筑测绘者们能够使用的测绘设备非常笨重、难以使用，并且其精度远不如量子重力仪。因此，Bongs 教授也对重力仪在这些方面的优势非常自豪：“这一设备令人兴奋的地方在于它能够将传统重力测绘设备的检测效率提高100倍，同时能让我们看见目前所观测不到的一些信息。这些改进背后的原因是（量子重力仪）能进行准确、无漂移的重力测量，并且能使用同一束激光轰击高度不同的两朵原子云。这样的操作能够极大减少共模噪音。”

Bongs 教授还认为，量子重力仪在日后可以被用于地震测绘或者海啸、火山喷发等自然灾害的预警。“这一设备能让人们更好地观测地下的无限未知……如果进一步深入，atv，我们的传感器甚至可能被用来监测岩浆流量，并为地震和火山活动模型提供数据信息，继而在自然灾害的预警中发挥作用。”

图丨重力仪将可被用于各种自然灾害的预警

目前，研究者们仅仅研发了量子重力仪的一台原型机。这台原型机在使用中还有一些局限性，例如在外界干扰下，量子重力仪中原子的相干态会被破坏，即发生类似于量子计算机中的退相干效应。因此，所有的量子系统或设备都必须非常仔细地被放置于屏蔽外界干扰的场所。这些条件限制了它们在现实世界中的应用。不过，随着激光冷却等技术的进一步发展，研究人员对解决这些问题还是非常有信心。

事实上，以原子干涉仪为代表的量子精密测量技术一直走在量子科学发展的前沿。基于冷原子干涉仪的重力仪目前已有商业产品，其性能也已逼近使用传统技术的商用重力仪（FG5）的性能。同时，量子重力仪除了精度高，还有造价低（约FG5价格的1/5）、维护简易（不存在机械落体结构）等优点。

图丨伯明翰大学重力仪研究组成员 Graeme Malcolm