近日，華中科技大學引力中心團隊在量子重力儀研發上再次取得突破，研製出實用化的高精度銣原子絕對重力儀裝備，並成功交付給中國地震局地震研究所。
這是中國首臺為行業部門研製的量子重力儀，意味著將打破高精度重力儀國外技術壟斷的局面，為我國高端量子裝備的發展提供新途徑，也為行業部門的儀器使用提供了具有我國自主智慧財產權的新選項，更能夠保障核心數據的安全。
華中科技大學研製的量子重力儀正在進行測量。
經過武漢市區、郊區和野外臺站等多點位的雙盲測量評估，以及來自國家測繪局、中國地震局、中科院等多家單位的專家綜合評定，該儀器精度達到微伽水平，受到用戶好評，順利通過驗收。
所謂微伽水平，是指能夠達到微伽級精度的重力測量，也就是測量精度達到10-9量級水平。這裡的 「伽」 是著名物理和天文學家伽利略的簡稱，是重力（加速度）的常用單位，其寓意就是紀念伽利略。
團隊多年來潛心研究，攻克多項關鍵技術
在中國科學院羅俊院士帶領下，經過 15 年的潛心研究，華中科技大學引力中心胡忠坤、周敏康教授團隊攻克了物質波幹涉、超低頻隔振、裝備小型化等量子重力儀的關鍵技術。
2013 年，該團隊在物理權威期刊 PHYSICAL REVIEW A 發表了題為《超高靈敏度原子幹涉絕對重力儀的演示》（Demonstration of an ultrahigh-sensitivity atom-interferometry absolute gravimeter）的論文，論文介紹了一款超高靈敏度重力儀。據悉，該設備將量子重力儀的解析度提升至國際最好水平、並保持至今。
該團隊 2013 年研製的原子重力儀實驗裝置示意圖。
2016 年 7 月，該團隊在物理權威期刊 PHYSICAL REVIEW LETTERS 上發表論文《利用不同自旋取向原子檢驗自由落體的普適性》（Test of the Universality of Free Fall with Atoms in Different Spin Orientations），提出了不同轉動態微觀粒子檢驗等效原理的新思路，並採用磁敏感原子幹涉法解決了背景磁場效應評估難題，實現了自旋極化冷原子幹涉法檢驗等效原理的新型實驗。
在此基礎上，該團隊在聚焦前沿的同時，瞄準國家需求並研製出了自主智慧財產權的小型化量子重力儀裝備，為地震等行業部門提供了中國第一臺高精度原子重力儀，目前已於近期成功交付驗收。該儀器的成功研製和應用，意味著國產量子重力儀成功走出實驗室，距離服務國家需求更近了一步。
「世界的引力中心」
據了解，華中科技大學引力中心成立於 1983 年，期間一直從事與引力有關的各種物理規律實驗檢驗及相關理論問題研究，2015 年獲批建設精密重力測量國家重大科技基礎設施。如今華中科大引力中心已成為中國重要的引力實驗研究基地，在國外相關領域也有著 「世界的引力中心」 之稱。
華中科大引力中心目前共老師 60 餘人，學術帶頭人為中國科學院院士羅俊，他帶領的團隊有引力物理研究團隊、原子分子光學研究團隊、重力測量研究團隊。羅院士長期從事引力實驗的精密測量物理研究，解決了精密扭秤特性研究、高靈敏度低噪聲扭秤系統研製、實驗背景場的監測等一系列問題，使萬有引力常數 G 值的相對測量精度達到國際最好水平。
本次交付行業部門使用的高精度量子重力儀為胡忠坤、周敏康教授帶領的原子分子光學研究團隊歷經 15 年潛心研究的結果。胡忠坤師從羅俊教授，2001 年獲華中科技大學檢測技術與自動化裝置專業博士學位，主要從事冷原子幹涉精密引力測量研究，作為項目負責人承擔國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金國家重大科研儀器研製項目、973 計劃課題等多項科研任務，發表 SCI 收錄論文 45 篇。
周敏康師從胡忠坤教授 2012 年獲得華中科技大學物理學博士學位，主要從事冷原子幹涉與精密重力測量的關鍵技術研究、原子分子物理基礎研究，在物理學和精密儀器主流期刊上發表 SCI 論文近 30 篇。
據介紹，華中科大引力中心近年來始終致力於基礎科學前沿問題研究，圍繞引力實驗和相關基礎物理發展了精密扭秤、空間慣性傳感器、冷原子幹涉、雷射測距、MEMS 和超導等精密測量實驗技術。2018 年 8 月，Nature 刊發了華中科大引力中心最新測量的萬有引力常數 G 值結果，這是目前國際精度最高的 G 值，該成果獲得 2018 年度中國十大科學進展，並被寫入中學物理教材。
來源：DeepTech
審讀：譚錄崗