打破技术垄断：华中科大研制首台高精度量子重力仪，已交付使用

多客科技

作者：DeepTech深科技
近日，华中科技大学引力中心团队在量子重力仪研发上再次取得突破，研制出实用化的高精度铷原子绝对重力仪装备，并成功交付给中国地震局地震研究所。

这是中国首台为行业部门研制的量子重力仪，意味着将打破高精度重力仪国外技术垄断的局面，为我国高端量子装备的发展提供新途径，也为行业部门的仪器使用提供了具有我国自主知识产权的新选项，更能够保障核心数据的安全。



图 ｜ 华中科技大学研制的量子重力仪正在进行测量

经过武汉市区、郊区和野外台站等多点位的双盲测量评估，以及来自国家测绘局、中国地震局、中科院等多家单位的专家综合评定，该仪器精度达到微伽水平，受到用户好评，顺利通过验收。

所谓微伽水平，是指能够达到微伽级精度的重力测量，也就是测量精度达到 10-9 量级水平。这里的 “伽” 是著名物理和天文学家伽利略的简称，是重力（加速度）的常用单位，其寓意就是纪念伽利略。

团队多年来潜心研究，攻克多项关键技术

在中国科学院罗俊院士带领下，经过 15 年的潜心研究，华中科技大学引力中心胡忠坤、周敏康教授团队攻克了物质波干涉、超低频隔振、装备小型化等量子重力仪的关键技术。

2013 年，该团队在物理权威期刊 PHYSICAL REVIEW A 发表了题为《超高灵敏度原子干涉绝对重力仪的演示》（Demonstration of an ultrahigh-sensitivity atom-interferometry absolute gravimeter）的论文，论文介绍了一款超高灵敏度重力仪。据悉，该设备将量子重力仪的分辨率提升至国际最好水平、并保持至今。



图 ｜ 相关论文



图 ｜ 该团队 2013 年研制的原子重力仪实验装置示意图。

2016 年 7 月，该团队在物理权威期刊 PHYSICAL REVIEW LETTERS 上发表论文《利用不同自旋取向原子检验自由落体的普适性》（Test of the Universality of Free Fall with Atoms in Different Spin Orientations），提出了不同转动态微观粒子检验等效原理的新思路，并采用磁敏感原子干涉法解决了背景磁场效应评估难题，实现了自旋极化冷原子干涉法检验等效原理的新型实验。



图 ｜ 相关论文

在此基础上，该团队在聚焦前沿的同时，瞄准国家需求并研制出了自主知识产权的小型化量子重力仪装备，为地震等行业部门提供了中国第一台高精度原子重力仪，目前已于近期成功交付验收。该仪器的成功研制和应用，意味着国产量子重力仪成功走出实验室，距离服务国家需求更近了一步。

“世界的引力中心”

据了解，华中科技大学引力中心成立于 1983 年，期间一直从事与引力有关的各种物理规律实验检验及相关理论问题研究，2015 年获批建设精密重力测量国家重大科技基础设施。如今华中科大引力中心已成为中国重要的引力实验研究基地，在国外相关领域也有着 “世界的引力中心” 之称。

华中科大引力中心目前共老师 60 余人，学术带头人为中国科学院院士罗俊，他带领的团队有引力物理研究团队、原子分子光学研究团队、重力测量研究团队。罗院士长期从事引力实验的精密测量物理研究，解决了精密扭秤特性研究、高灵敏度低噪声扭秤系统研制、实验背景场的监测等一系列问题，使万有引力常数 G 值的相对测量精度达到国际最好水平。



图 ｜ 罗俊（来源：中国科学院）

本次交付行业部门使用的高精度量子重力仪为胡忠坤、周敏康教授带领的原子分子光学研究团队历经 15 年潜心研究的结果。胡忠坤师从罗俊教授，2001 年获华中科技大学检测技术与自动化装置专业博士学位，主要从事冷原子干涉精密引力测量研究，作为项目负责人承担国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、973 计划课题等多项科研任务，发表 SCI 收录论文 45 篇。

周敏康师从胡忠坤教授 2012 年获得华中科技大学物理学博士学位，主要从事冷原子干涉与精密重力测量的关键技术研究、原子分子物理基础研究，在物理学和精密仪器主流期刊上发表 SCI 论文近 30 篇。



图 ｜ 胡忠坤（左）、周敏康（右）教授（来源：华中科技大学）

据介绍，华中科大引力中心近年来始终致力于基础科学前沿问题研究，围绕引力实验和相关基础物理发展了精密扭秤、空间惯性传感器、冷原子干涉、激光测距、MEMS 和超导等精密测量实验技术。2018 年 8 月，Nature 刊发了华中科大引力中心最新测量的万有引力常数 G 值结果，这是目前国际精度最高的 G 值，该成果获得 2018 年度中国十大科学进展，并被写入中学物理教材。