借助“量子尺”，揭开地下世界奥秘｜技术创新看长沙
长沙晚报全媒体记者徐运源通讯员查清霞李思敏
仰望广袤的星空，人类将探索的目光延伸到了10亿千米量级。然而，对于脚下这个亲密接触的地球内部世界，了解的深度却仅限于短短10千米量级的地表层。借助量子绝对重力仪这样一把高精度的“量子尺”，为人类绘制清晰的“地下世界地图”提供了全新可能。
在全球争相角逐量子科技的当下，“长沙产”量子绝对重力仪备受国际关注，实现技术自主可控的同时，测量精度也达到了国际先进水平。量子绝对重力仪用来做什么？未来有哪些可能？近日，记者来到长沙量子测量产业技术研究院（以下简称“研究院”）一探究竟。
测量精度跻身国际一流
型号各异、有方有圆、大小不一，体重只有几十公斤……看着展厅里摆放着的一排神秘“铝匣子”，研究院研发中心主任赵伟靖告诉记者，它们就是QS-AG系列量子绝对重力仪（以下简称“重力仪”）。
重力加速度是地球最重要的物理特性之一，重力场反映了地球的质量分布及其随时间的变化，很多物理现象都隐藏在重力场的微小变化中。重力仪就是一种精确测量重力加速度大小的工具。聊起重力仪的前世今生，这位毕业于中国科学院的90后女博士打开了话匣子。
“地球表面的重力加速度约为9.8m/s2，小数点后每一位都与一些物理现象息息相关，小数点越往后精度越高，能够提取到的信息量就越大。我们所研制的重力仪可以测到小数点后的第八位，达到了国际先进水平。这也意味着测试点附近有微弱的、传统测量仪器测不到的重力变化时，它都能够监测到。”赵伟靖说。
正是基于这样的原理，重力仪可以帮助我们了解地球内部的结构和变化。除了进行地球科学研究外，通过探测重力信息变化，还可进行地震、火山、海潮、地下水等活动监测，以及协助进行石油、天然气等资源的勘探等。比如通过实时监测地壳的微小重力变化，重力仪有望在地震发生前捕捉到地震前兆信号，从而为地震预警提供宝贵的时间窗口，这也是研究院发力的方向之一。
由于重力仪应用意义重大，事关国家基础战略和安全，随着国外产品对我国的禁运，国产重力仪的发展迫在眉睫，竞争“硝烟四起”。
赵伟靖介绍，目前，西方国家正积极开展应用于车载、航空、航海等环境的量子绝对重力仪，以满足高精度全球重力场图绘制对重力测量设备的需求。团队的目标就是未来可以利用自主研发的重力仪产品助力绘制一张长沙、湖南乃至中国的重力分布图。有了这张图，可以为科学研究和应用提供可靠的绝对重力数据支持。
产业化走在全国前列
作为最引人瞩目的前沿科技领域之一，量子科技也是湖南和长沙布局的未来产业。目前，在量子计算、量子通信和量子精密测量三个领域，量子精密测量被国际公认为最接近产业化。
“湖南在量子科技的发展上有着绝对优势。国防科大走在了量子精密测量产业化的前列，我们的重力仪就是从国防科大成果孵化出来的。”研究院副院长汪陶胜介绍，在国内诸多量子科技产品中，长沙研制的重力仪唯一被欧盟研究报告列为重点关注对象。
赵伟靖从加入研究院始，攻关的重点就在推动实现重力仪的产业化。“产业化的关键在于实现小型化，我们攻关了三年。”她说。
很长一段时间内，量子绝对重力仪是在实验室进行测量应用，如何从实验室走向可搬运的流动测试应用一直是行业难题。搬出去，要做到体积又小、测量精度又高，需要克服一系列技术难题。
研究院的做法是，逐步优化系统方案，实现重力仪兼具小型化及高指标的特点。比如采用了基于通信波段的全光纤激光光源技术，摒弃了传统的实验室自由空间光源方案，可在实现小型化的基础上，满足重力仪对激光光源的需求，同时还极大提升了系统的可靠性。
“我们在小型化重力仪的研制方面处于发展第一梯队。同时研发了台站式、流动式、动态式三类重力仪，以满足不同应用场景需求。”赵伟靖介绍，重力仪在地震领域实现了首台套应用，未来希望政府部门能牵头开放更多应用场景，实现先用先试，从而加速全面产业化进程。
前不久，全球前沿科技咨询机构ICV发布量子重力仪相关报告指出，随着技术成熟和需求扩展，到2035年中国将成为推动市场增长的关键力量。身在湖南首家进行重力仪相关产业研发的公司，赵伟靖这位北方妹子表示，将和团队进一步提高产品的测量精度及可靠性，为湖南量子产业化的发展展现青春之为贡献青春之力。
创新名片
QS-AG系列量子绝对重力仪
由长沙量子测量产业技术研究院、测控与导航技术国家地方联合工程研究中心研发完成。作为一种精密重力测量仪器，它具备环境适应性好、可长时间连续运行，以及无零点漂移等优势，可实现复杂环境下重力加速度绝对值的直接测量，能极大缩短测量时间、提高测试效率，可广泛应用于导航及测绘、资源勘探、地质灾害预警等领域。