从地热勘探到“无卫星”导航 我国量子策略迈出重要一步
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经过10多年的努力，本地科学家研制出一套利用量子技术精确测量地热资源的方法，并用类似原理开发不依靠卫星和全球定位系统（GPS）的新型导航技术。
量子科技研究中心首席研究员，南洋理工大学物理学家杜姆克（Rainer Dumke）副教授，最近向《联合早报》记者展示了他带领的科研团队最新研制的量子重力仪（quantum gravimeter）——科学家们可用它记录精确到十亿分之一的地球引力变化，再用捕捉到的“微乎其微”确定地热位置。
新加坡天然资源有限，能源市场管理局早在去年9月启动提案征集，以评估本地深层地热能的潜力，探索深度可达10公里，目标是用于发电。
杜姆克曾在出过30多位诺贝尔奖得主的德国马克思普朗克研究所（Max Planck Institute）工作，他2006年来到新加坡工作，一干就是18年。在南大实验室内，他向记者解释，当渗入地壳断层中的水份与地下热岩石“相遇”，便回产生温泉和地热，而这一“地下奇缘”却可通过地表引力“看”得更清。
“我们的量子重力仪可以‘感受到’再小不过的引力变化，从而精准地确定地下热能的位置，为开发热能资源提高效率，节约成本。”
杜姆克所说的这座量子重力仪伫立在实验室的中央，外形相当于一个“大冰箱”，透过里头成百上千根电线，他告诉记者，“冰箱”的下半部分是一个超级制冷设备，可达接近理论上的最低温度，即零下273摄氏度。在这种极端条件下，组成物质的原子不再像我们熟悉的“颗粒状”，而更多地表现出类似声音的“波动状”。
杜姆克介绍，研究团队用一种特殊原子的聚合体，让它在极端低温下转换为“波状团”，然后让这些波状原子在冷却设备之上的一个圆柱形真空器皿里做类似“喷泉”的上下运动，并在激光的作用下，记录下这些原子的运动轨迹。由于再细微的引力变化也会影响原子的运动轨迹，科研人员通过轨迹的不同来判断设备所处位置下方的细微引力变化。
“运用量子重力仪进行地热勘探，有点像外科医生在为病患动手术前用核磁共振（MRI）‘看到’病患身体内部的情况，这既能提高手术的成功率，又能缩小手术范围，减少对病患的影响。”
过去两年里，杜姆克带领他的五人科研团队已在距离三巴旺温泉公园约四公里处的野外区域和一处南部岛屿，分别试用这台设备来进行地下热能检测。他认为，研究团队已有能力对我国的地下特征进行系统性勘探，通过引力测绘方式来揭示地热资源 。
量子导航器雏形有望明年建成
除了地热勘察，杜姆克团队还利用量子重力仪的技术原理，研发一种可结合地图，不依靠卫星就能对船只进行精确导航的技术。根据计划，量子导航器的雏形有望于明年内建成。
杜姆克团队负责的这些项目，也是我国今年5月出台的全国量子策略（National Quantum Strategy）的重要部分。该策略为期五年，由国立研究基金会旗下的“研究、创新与企业2025计划”资助接近3亿元，这也是继2007年我国投入4亿元展开量子研究后在该领域的又一重大投入。
国家量子署执行署长林克丹在接受《联合早报》采访中指出，包括量子重力仪项目在内的多项量子科技基础研究、应用项目目前进展顺利。同时，本地科研人员正在使用不止一个前沿方法，力争在未来五年内研制出具有国际先进水平的量子处理器，这是量子计算的“神经中枢”，也是量子策略的核心任务之一。
他说：“新加坡对于量子科技的投入20多年前就开始了，通过全国量子策略，我们致力于建立起一个不断发展的量子产业、研发生态系统，为国家经济发展做出贡献。”
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