インサイダーブリーフ：
- NASAのジェット推進研究所は、軌道からの精度の高い重力異常を検出するために、超冷却ルビジウム原子を使用して、最初の宇宙ベースの量子重力勾配計を開発しています。
- 量子重力グラジオメーターパスファインダー（QGGPF）は、空間で原子干渉ベースのセンシングをテストし、潜在的な感度が古典的な重力センサーよりも最大10倍大きくなります。
- このミッションは、センサーヘッドおよびレーザーシステムテクノロジーに寄与しているAosense、Infleqtion、Vector Atomicなどの企業とのコラボレーションによってサポートされています。
- 10年の終わりまでに発売が予定されているQGGPFは、宇宙ベースの量子センシングを検証し、将来の地球および惑星科学ミッションを通知することを目的としています。
NASAのジェット推進研究所は、中小企業や学術協力者と協力して、最初の宇宙ベースの量子重力グラディオメーターを立ち上げる準備をしています。 NASAのEarth Science Technology OfficeでサポートされているQuantum Gravity Gradiometer Pathfinder（QGGPF）は、軌道から地球の重力場をマッピングするための量子センシングテクノロジーのスイートをテストします。
によると NASAニュースリリース、ミッションは、量子センサー、特に超寒期原子干渉法に基づく量子センサーが、高精度の重力異常を検出するためにどのように使用できるかを実証することを目的としています。地球の表面の下での質量再分布によって引き起こされる重力のこれらの変動は、水資源管理から地下の地質学や国家安全保障に至るまでの用途に不可欠です。
それがどのように機能するか：超寒い原子と重力勾配
QGGPFは、テスト質量として絶対ゼロに近いまで冷却されたルビジウム原子の雲を使用します。この温度では、原子は物質の波として動作し、空間の2つの点間の重力加速度の正確な比較を可能にします。重力勾配計は、2つのテスト質量が短距離（重力勾配として知られている量）に及ぶ速度の速度の違いを測定します。より強い重力場はより大きな加速を引き起こし、研究者が質量分布の微小変動を検出できるようにします。
リリースで述べたように、空間での超cold原子を使用すると、古典的な機械的試験塊と比較して、より高い精度と長期測定が可能になります。 「原子を使用すると、すべての測定が同じであることを保証できます」とJPLの実験物理学者であるSheng-Wey Chiow氏は述べています。原子ベースのセンサーは、ドリフトと熱ノイズの傾向が少ないため、時間の経過とともに測定の安定性が向上します。
QGGPFのコアセンサーはコンパクトで、約0.25立方メートルを占有し、重量は約125キログラムで、従来の宇宙船重力機器よりも小さくなります。そのサイズにもかかわらず、量子システムは、以前の推定に基づいて、既存の古典センサーの最大10倍の感度に達すると予想されます。ミッションの主な目標は、宇宙のテクノロジーを検証することですが、結果は、地球科学と惑星の両方の探査の両方で将来のミッションを知らせるためにも使用できます。
宇宙の量子技術の前進に向けて
このプロジェクトは、量子技術を科学ミッションに統合するためのNASAの取り組みを例示しています。 JPLのポスドク研究者であるベン・ストレイは、次のように述べています。 「これにより、量子重力グラデーターだけでなく、一般的に量子技術も進むことができます。」
この機器は、官民コラボレーションを通じて開発された一連のサブシステムに依存します。 JPLはAosenseとInfleqtionと協力して原子干渉法ベースのセンサーヘッドを進めていますが、NASAのGoddard Space Flight CenterはVector Atomicと提携して、原子雲の操作と測定に必要なレーザーシステムを開発しています。
原子干渉法と測定精度
QGGPFで使用される手法である原子干渉法は、重力によって引き起こされる位相シフトを測定するために、物質波の分割と再結合に基づいています。これらの位相シフトは、原子雲が経験する加速度の違いに直接比例します。このような2つの雲を自由落下させて比較することにより、グレードメーターは重力勾配を高い空間分解能でマッピングできます。
JPLの地球科学のチーフテクニストであり、Jason Hyonの量子宇宙イノベーションセンターのディレクターであるJason Hyonは、EPJ Quantum Technologyに掲載された最近の論文で、原子ベースのセンシングの可能性を強調しました。彼は、QGGPFのような技術がいつか、量子計装を使用して軌道からの地下水リザーバーや鉱物堆積物などの特徴の測定を可能にする可能性があると述べました。
アプリケーションと将来の可能性
地球の重力場は静的ではありません。それは、構造的運動、溶解氷河、地下水抽出、およびその他の地球物理学的プロセスのために時間とともに変化します。これらの変更を正確に追跡することは、環境政策と気候モデルの改善に関連しています。 NASAは以前、GraceやGrace-Foの重力測定などのミッションに依存していましたが、QGGPFは、従来の重量測定ミッションを増強または置き換える可能性のあるまったく新しいセンシングモダリティを導入しています。
ローンチは10年の終わりのターゲットですが、QGGPFは主にテクノロジーパスファインダーとして機能します。このミッションの成功は、運用上の量子重力ミッションと、地球観察と惑星科学のためのコンパクトで高精度の量子機器のさらなる開発につながる可能性があります。
