4月15日，NASA（美国宇航局）发文表示，来自NASA南加州喷气推进实验室的研究人员、私营企业以及学术机构，正在开发首个用于测量重力的天基量子传感器。在NASA地球科学技术办公室（ESTO）的支持下，这项任务将成为其在量子传感领域的首次尝试，为从石油储量到全球淡水供应等各方面的突破性观测铺平道路。
用原子来测定喜马拉雅山脉的质量
下方是一幅地球重力地图。红色区域代表地球上引力较大的地方，蓝色区域代表引力较小的地方。未来，科学级的量子重力梯度仪有望以前所未有的精度绘制出这样的地图。
地球重力图
地球的引力场是动态变化的，由于地质过程在地球表面重新分配质量，引力场每天都在发生改变。质量越大，引力就越大。
在日常生活中，你可能不会察觉到这些细微的引力变化，但借助一种名为重力梯度仪的精密工具，科学家们能够绘制出地球引力场的细微差异，并将其与地下特征（如含水层和矿床）联系起来。这些重力地图对于导航、资源管理和国家安全至关重要。
喷气推进实验室地球科学首席技术专家、该实验室量子空间创新中心主任Jason Hyon表示：“我们可以用原子来测定喜马拉雅山脉的质量。”Hyon和他的同事们在近期发表于《EPJ Quantum Technology》的一篇论文中，阐述了他们的量子重力梯度仪探路者（QGGPf）仪器背后的概念。
重力梯度仪通过追踪一个位置的物体与附近短距离内下落物体的下落速度差异来进行测量。这两个自由下落物体（也称为测试质量）之间的加速度差异，反映了引力强度的不同。在引力较强的地方，测试质量下落得更快。
QGGPf将使用两团超冷铷原子作为测试质量。这些原子被冷却到接近绝对零度，此时原子云中的粒子表现得像波一样。量子重力梯度仪将测量这些物质波之间的加速度差异，以确定引力异常的位置。
喷气推进实验室的实验物理学家Sheng-wey Chiow解释道，使用超冷原子云作为测试质量，对于确保天基重力测量在长时间内保持精确非常理想。“使用原子进行测量，我可以保证每次测量结果都是一致的。而且这种测量方式对环境影响的敏感度较低。”使用原子作为测试质量，还使得在单个航天器上搭载紧凑型仪器来测量重力成为可能。QGGPf的体积约为0.25立方米，重量仅约275磅（125千克），比传统的天基重力测量仪器更小、更轻。
量子传感器还有望提高测量灵敏度。据估计，科学级的量子重力梯度仪在测量重力时，灵敏度可能比传统传感器高出十倍之多。
多方合作，提升研究地球的能力
这项技术验证任务计划在本十年末左右发射，主要目的是测试一系列用于在原子尺度上操控光与物质相互作用的新技术。
喷气推进实验室的博士后研究员Ben Stray表示：“目前还没有人尝试过发射这类仪器。我们需要进行发射测试来了解它的实际运行效果。这不仅有助于推进量子重力梯度仪的发展，还能推动整个量子技术领域的进步。”
这项技术开发项目涉及NASA与小型企业之间的深度合作。喷气推进实验室的团队正在与AOSense和Infleqtion公司合作，推进传感器头部技术的研发；同时，位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心正在与Vector Atomic公司合作，推进激光光学系统的研发。最终，在这次探路者任务中取得的创新成果，有望提升我们研究地球的能力，增进我们对遥远行星的理解，以及对引力在宇宙形成过程中所起作用的认识。Hyon指出：“QGGPf仪器将推动行星科学和基础物理学领域的应用发展。”
量子+太空，不止NASA
除NASA外，近日还有多家机构发布了与量子+太空有关的信息。
· 量子卫星
去年9月，波音公司宣布计划在2026年发射一颗名为Q4S的小型卫星，以展示其在轨量子纠缠交换能力，向构建一个连接量子传感器和量子计算机的全球量子互联网迈进。
4月16日，HRL实验室与波音在量子纠缠交换卫星任务中取得关键进展。双方宣布完成了波音Q4S卫星任务量子通信子组件的构建与技术验证，这是在太空演示四光子量子纠缠交换的首次尝试，对未来安全通信和分布式量子网络意义重大。HRL实验室已成功构建完全集成的太空级子组件，且通过了初始端到端软件验证。在验证测试中，子组件的两个光源均实现了量子纠缠，单光子源性能良好，能满足精确量子测量需求，该子组件将作为在轨有效载荷的地面孪生设备。
4月16日，IonQ宣布与全球卫星通信天线和地面网关解决方案提供商Intellian签署谅解备忘录，双方将探索量子网络如何变革卫星通信。IonQ总裁兼首席执行官表示期待与Intellian共同创新，利用量子网络技术保障通信安全，其长远目标包括在量子通信领域占据领导地位。此次合作是IonQ推进韩国量子经济战略的重要一步，将推动量子技术在卫星通信领域的应用。这也是IonQ在大举进军量子网络领域后，首次官宣的在卫星通信领域的合作项目。
· 光学原子钟
来源：QuantX Labs
4月15日，QuantX Labs宣布计划与法国Exotrail合作，借助SpaceX的任务将其原子钟技术关键组件TEMPO搭载spacevan™飞行器送入太空。该组件是下一代光学原子钟的关键子系统 光学频率梳，已通过严苛环境测试。这一技术不仅用于高性能计时，还可助力深空通信、导航等领域。此次发射受澳大利亚航天局资助，QuantX Labs团队本月将赴法开展进一步测试与集成工作。负责人表示此次发射意义重大，其成功部署将为后续完整时钟有效载荷发展提供关键支持。
