Baru-baru ini, para ilmuwan dari Universitas Birmingham di Inggris Raya telah menciptakan perangkat "quantum gravimeter". Perangkat berukuran 1 meter kubik ini menggunakan awan atom rubidium dingin sebagai sensor untuk merasakan perubahan gravitasi yang lemah, sehingga membuat pengukuran gravitasi dengan presisi tinggi. Perangkat ini dapat digunakan untuk eksplorasi minyak, gas alam, dan mineral di masa mendatang.
Lebih penting lagi, ia menyadari aplikasi sederhana dan portabel dari konsep fisika kuantum abstrak seperti "gelombang gravitasi" dan "status superposisi" dalam kehidupan sehari-hari, dan kemungkinan besar akan membuka jalur komersialisasi baru untuk perangkat kuantum.
Gambar Quantum "gravimeter"
Meskipun prinsip quantum gravimeter mirip dengan prinsip dasar pengukuran gelombang gravitasi di alam semesta, Namun, dalam perencanaan peneliti Inggris, pekerjaan yang paling cocok untuk gravimeter kuantum adalah eksplorasi mineral di bumi. Mereka menjelaskannya seperti ini: jika dua awan atom jatuh dengan kecepatan yang berbeda di lokasi yang berbeda, itu berarti kepadatan tanah di bawahnya berbeda-ini berarti mungkin ada struktur khusus di bawah tanah, seperti penyimpanan atau penyimpanan minyak. Mineral tertentu.
Kai Bongs, salah satu pengembang perangkat dan profesor di Universitas Birmingham, mengatakan: "Prinsip di balik perangkat ini sebenarnya adalah: setiap massa menghasilkan medan gravitasi, yang dapat dideteksi oleh sensor gravitasi presisi sangat tinggi." Karena mineral padat dapat menghasilkan gaya gravitasi yang lebih besar daripada tanah biasa, gravimeter cenderung menjadi alat yang ampuh untuk membantu menemukan cadangan minyak dan mineral. Karena alasan inilah industri migas memiliki minat yang besar pada gravimeter.
Selain itu, perusahaan konstruksi juga dapat menggunakan quantum gravimeter untuk menemukan jaringan pipa bawah tanah untuk mencegah penggalian jalan yang salah secara tidak sengaja, yang menyebabkan kerusakan pipa dan kerugian ekonomi selanjutnya.
Gambar Profesor Kai Bongs, Universitas Birmingham
Saat ini, peralatan survei dan pemetaan yang dapat digunakan oleh pekerja minyak dan surveyor konstruksi sangat berat dan sulit digunakan, dan keakuratannya jauh lebih rendah daripada peralatan gravimeter kuantum. Oleh karena itu, Profesor Bongs juga sangat bangga dengan keunggulan gravimeter dalam aspek berikut: " Hal yang menarik tentang perangkat ini adalah dapat meningkatkan efisiensi pendeteksian peralatan pemetaan gravitasi tradisional hingga 100 kali lipat, sekaligus memungkinkan kita melihat beberapa informasi yang saat ini tidak dapat diamati. Alasan di balik peningkatan ini adalah (quantum gravimeter) dapat membuat pengukuran gravitasi yang akurat dan bebas drift, dan dapat menggunakan laser yang sama untuk membombardir dua awan atom dengan ketinggian berbeda. Operasi semacam itu dapat sangat mengurangi kebisingan mode umum. "
Profesor Bongs juga percaya itu Quantum gravimeter dapat digunakan dalam pemetaan gempa bumi atau peringatan dini bencana alam seperti tsunami dan letusan gunung berapi di masa mendatang. "Perangkat ini memungkinkan orang untuk mengamati dengan lebih baik ruang bawah tanah tak terbatas yang tidak diketahui ... Jika kita masuk lebih dalam, sensor kita bahkan dapat digunakan untuk memantau aliran magma, dan memberikan informasi data untuk model gempa dan aktivitas vulkanik, dan kemudian dalam peringatan dini bencana alam. Memainkan peran."
Gambar Gravimeter akan digunakan untuk peringatan dini berbagai bencana alam
Saat ini, para peneliti hanya mengembangkan prototipe gravimeter kuantum. Prototipe ini memiliki beberapa batasan dalam penggunaan, Misalnya, di bawah interferensi eksternal, keadaan koheren atom dalam gravimeter kuantum akan hancur, yaitu efek dekoherensi yang serupa dengan yang ada di komputer kuantum akan terjadi. Oleh karena itu, semua sistem atau perangkat kuantum harus ditempatkan dengan sangat hati-hati di tempat yang terlindung dari gangguan eksternal. Kondisi ini membatasi penerapannya di dunia nyata. Namun dengan semakin berkembangnya teknologi seperti laser cooling, para peneliti masih sangat percaya diri dalam memecahkan masalah tersebut.
Faktanya, teknologi pengukuran presisi kuantum yang diwakili oleh interferometer atom telah berada di garis depan perkembangan sains kuantum. Ada produk komersial berdasarkan gravimeter berbasis interferometer atom dingin, dan kinerjanya telah mendekati kinerja gravimeter komersial (FG5) yang menggunakan teknologi tradisional. Pada saat yang sama, selain akurasi tinggi, gravimeter kuantum juga memiliki keunggulan biaya rendah (sekitar 1/5 dari harga FG5), perawatan yang mudah (tidak ada struktur bodi jatuh mekanis), dll.
Foto Graeme Malcolm, anggota kelompok penelitian gravimeter di Universitas Birmingham
Interferometer atom juga hanya akan menjadi kasus mewujudkan komersialisasi perangkat kuantum. Didorong oleh kasus ini, banyak peneliti sedang mengembangkan perangkat kuantum yang dapat digunakan dalam skala besar di kehidupan nyata. M Squared, perusahaan teknologi fotonik Glasgow yang didirikan oleh Malcolm, juga mengembangkan akselerometer kuantum. Akselerometer ini dapat membantu penentuan posisi GPS untuk mengimbangi dampak cuaca pada hasil deteksi. Selain itu, mereka juga akan mengembangkan perangkat kuantum yang membantu pengamat "melihat" gas siluman.
Gambar Produk laser dari M Squared
Untuk ledakan pengembangan perangkat kuantum, Malcolm memiliki evaluasi pasar seperti itu : "Saya pikir kita sedang dalam tahap awal penerapan komersial teknologi kuantum."
Terkait hal ini, peneliti California Institute of Technology Spyridon Michalakis juga memiliki pandangan serupa. Ia menegaskan bahwa masa depan adalah dunia teknologi kuantum.
"Saat ini, banyak teknologi meremehkan kita, tetapi sebenarnya mereka didasarkan pada fisika kuantum. Baru belakangan ini kami mulai mempelajari properti kuantum di balik sistem teknologi ini untuk membuat perangkat yang sangat akurat, murah, dan sederhana, yang akan mengubah penggunaan sebelumnya. Peralatan itu di China ditingkatkan, dan gravimeter kuantum adalah salah satu contohnya. "
Gambar Spyridon Michalakis, peneliti di California Institute of Technology
Prinsip dibalik
Faktanya, prinsip gravimeter kuantum terkait dengan metode yang digunakan oleh LIGO Research Association untuk mendeteksi gelombang gravitasi yang disebabkan oleh tabrakan lubang hitam. Seperti yang kita ketahui bersama, peran terpenting LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) adalah mendeteksi gelombang gravitasi di alam semesta dengan presisi yang sangat tinggi, dan kemudian untuk teori gravitasi, relativitas, astrofisika, kosmologi, partikel. Fondasi diletakkan untuk penelitian di bidang fisika dan fisika nuklir.
Saat ini, dua interferometer besar LIGO terletak di Livingston di pantai selatan Amerika Serikat dan Hanford di pantai barat laut Amerika Serikat. Prinsipnya adalah menggunakan dua interferometer laser ini untuk secara bersamaan mendeteksi gelombang gravitasi di kedalaman alam semesta. Nyatanya, laser interferometer mengukur jarak. Ketika gelombang materi lewat, itu akan menyebabkan jarak yang diukur oleh interferometer laser di LIGO berubah, dan perubahan kecil ini dapat direfleksikan sebagai perubahan fase LIGO. Dengan mendeteksi perubahan fasa ini, informasi tentang materi gelombang dapat diperoleh.
Gambar LIGO dua interferometer besar
Pada Februari 2016, LIGO mengumumkan deteksi langsung gelombang gravitasi pertama pada September tahun sebelumnya Ini adalah pertama kalinya manusia mendeteksi gelombang gravitasi, dan ini juga pertama kalinya tabrakan dan penggabungan lubang hitam diamati. Setelah mengamati gelombang gravitasi untuk pertama kalinya, LIGO berhasil mengamati peristiwa gelombang gravitasi kedua dan ketiga.
Di balik pencapaian LIGO yang luar biasa, interferometer laser yang sangat presisi sangat diperlukan. Faktanya, di antara semua besaran fisik, orang memiliki kontrol dan akurasi pengukuran frekuensi laser tertinggi, tetapi karena keterbatasan sifat foton, interferometer laser juga menghadapi banyak keterbatasan. Salah satu masalahnya adalah foton tidak memiliki massa dan tidak dapat mengukur gravitasi. , Dan pengukuran gravitasi memiliki aplikasi yang sangat penting dalam eksplorasi mineral, survei dan pemetaan tanah, dan navigasi yang tepat.
Gambar Gravimeter tradisional
Berkat teori dualitas gelombang-partikel De Broglie, kemunculan interferometer atom berdasarkan interferometer gelombang materi atom telah membuat impian orang menjadi kenyataan. Gravimeter kuantum yang dikembangkan oleh ilmuwan Inggris kali ini adalah salah satu contohnya.
Faktanya, interferometer atom sangat mirip dengan interferometer laser seperti LIGO, tetapi perbedaannya adalah pulsa laser di LIGO diganti dengan gelombang materi atom, dan laser digunakan untuk memanipulasi gelombang materi atom untuk mengganggu. Karena atom memiliki massa statis, mereka dapat berinteraksi dengan gravitasi, dan interaksi ini kemudian direfleksikan dalam fase interferometer, sehingga membentuk atomic gravimeter.
Dalam proses kerja gravimeter ini, atom-atom di ruang vakum ultra-tinggi pertama-tama disiapkan ke keadaan tertentu, lalu jatuh bebas. Selama proses ini, atom berada dalam keadaan superposisi di bawah aksi pulsa laser, yang berarti bahwa atom memiliki dua status pada saat yang sama - Anda dapat merujuk pada kucing Schrödinger, yang merupakan campuran dari status kucing mati dan status kucing hidup. Setelah tiga pulsa laser, gelombang materi atom menyadari pemisahan berkas, gabungan berkas dan interferensi.
Padahal, fungsi pulsa laser ini setara dengan penggaris yang terbuat dari cahaya. Mereka akan merekam beberapa posisi kunci dalam waktu. Karena pengatur frekuensi optik sangat presisi, penggaris ini juga memiliki akurasi tinggi dalam mengukur posisi atom. Setelah itu, keadaan atom diukur.Pada saat ini, keadaan superposisi atom tidak ada lagi, tetapi fase interferensi atom menentukan probabilitas atom terdistribusi di dua keadaan. Dengan mengukur probabilitas ini, informasi tentang jalur evolusi atom dapat diperoleh, dan kemudian gravitasi dapat diperkirakan.
Realisasi teknis dari interferometer atom juga mendapat manfaat dari Hadiah Nobel 1997 - teknologi atom pendingin dan perangkap laser yang ditemukan oleh Zhu Diwen, Tanoji dan Phillips. Dalam gravimeter kuantum, awan atom digantung di ruang vakum seukuran bola basket. Laser menjebak atom dan mendinginkan suhunya hingga 80 mikrokelvin sedikit di atas nol absolut. Pada suhu ini, manusia dapat memanipulasi dan menyadari gangguan atom.
Gambar Pemenang Zhu Diwen, Tanoji dan Phillips
Karena gravimeter kuantum menggunakan pendinginan laser, bukan pendinginan kriogenik besar, prototipe gravimeter saat ini hanya berukuran sekitar 1 meter kubik. Graeme Malcolm, anggota kelompok penelitian gravimeter di University of Birmingham, mengatakan bahwa laser, ruang vakum, dan komponen lain dalam gravimeter kuantum dapat terus menyusut. Dalam hal ini, gravimeter kuantum akan lebih mudah dibawa di masa mendatang.
Bagaimanapun, mengikuti tren ini, dalam waktu dekat, Komputer kuantum yang andal dan dapat diskalakan, bahan murah yang dapat ditangguhkan pada suhu kamar, jaringan kuantum yang mengirimkan informasi melalui transmisi kuantum, dan memiliki keamanan yang belum pernah terjadi sebelumnya, Teknologi futuristik ini akan menjadi kenyataan.
- Boneka pilihan Zhang Yimou yang mengejutkan Olimpiade Musim Dingin Pyeongchang di Pameran Lokakarya Bashu
- Ide bagus dari hard drive mobile ini adalah desain penyimpanan all-flash juga dilengkapi dengan dua sekrup ekspansi.
- Teori tersebut memprediksikan bahwa 43 tahun kemudian, bukti bahwa neutrino dapat mengenai atom akhirnya muncul
- Tindak Lanjut Penurunan Harga Substansial Dazhou Zhongliang Capital: Kepala perusahaan diwawancarai, dan departemen konstruksi perumahan mengatakan penyelidikan tidak melibatkan masalah harga
- Mina: Pada usia 14 tahun, dia berjanji kepada ibunya bahwa dia akan menjadi lebih baik di masa depan, dan sekarang dia akhirnya berhasil
- Daya wifi 10 yuan esp8266300mw mem-flash firmware dan berubah menjadi artefak relai tanpa jongkok di sudut
- Battle Report-Kasus ketidakadilan Messi + assist Barcelona 1-1 Nesio Cavani membuat Paris 2-1 Monaco
- Ada benda lempar ketinggian lainnya di sebuah komunitas di Chengdu: selama 4 bulan berturut-turut, kali ini ternyata sial
- Saya tahu mengapa iPhone 8 tidak lagi populer Ada banyak jenis pecahan kaca yang mewah pada hari peluncurannya yang pertama.