応用物理学：量子センシングによる重力地図学

重力のセンシングは、帯水層の時間的変動のモニタリングや測地学を含む、工学や気候研究などの地球物理学的用途におけるツールとして浮上してきた。しかし、振動雑音の除去に長時間の測定が必要なため、重力地図学を用いて地下の特徴をメートルスケールで解像することは現実的でない。今回我々は、実用的な量子重力勾配センサーを実現することによって、この限界を克服した。我々の設計では、微小地震雑音やレーザー雑音、熱的変動や磁場変動、測定装置の傾斜の影響が抑制されている。この装置は、統計的不確かさ20 E（1 E = 10⁻⁹ s⁻²）を達成しており、これを用いて長さ8.5 mの線上の探査を0.5 mの空間分解能で行ったところ、幅と高さが2 mのトンネルが信号対雑音比8で検出された。我々は、ベイズ推定法を用いて、このトンネルの中心の位置を水平方向に±0.19 m、中心の深さを(1.89 −0.59/+2.3) mと推定した。振動雑音の除去によって、装置の性能向上が、マッピング時の測定時間短縮に直接つながるようになる。このセンサーのパラメーターは、帯水層のマッピングや地下水面への影響の評価、考古学、土壌特性と含水率の決定の他、重要なエネルギーインフラ、輸送インフラ、公共事業インフラの建設における地盤状態の予期せぬリスクの軽減などの用途にも適合し、これによって、地下を見る新たな窓が得られる。

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