地球科学和量子科学都是研究物质的运动和演化规律的学科，并最终被应用于社会的生活和发展中。地质研究宏观，量子研究微观，二者基本上不搭界。一部地球科学发展史告诉我们，地质学的发展一靠自身学科的积累，二靠科学技术发展给地质学带来的机遇，带动地质学科跨越式的进步。现在，量子技术摆在我们面前，我们必须坚持从0到1的创新，尽可能引进量子科技，推动地球科学跨越式发展。
鉴于上述，我们15个对量子感兴趣的单位于2020年10月组建了一个量子-地球科学小组，致力于量子与地球科学结合方面的探索。通过近期对国内若干量子实验室的调研，发现量子科技目前主要集中在量子计算、量子通信、量子测量三个前沿领域。量子计算还处于概念模型中；量子通信已经可以实现，但问题很多；比较起来，量子测量是可能于近期率先取得成果的领域。地球科学领域仪器设备非常多，绝大多数属于常规仪器设备，如果有部分仪器设备可以采用量子技术（如单光子光源、量子点技术、双光子腔衰荡光谱技术，其中的单光子和量子点技术中国是领先的），则可大幅度提高仪器的检测精度。例如，如果能够提高微量元素分析精度N个数量级，从现在的检测精度ppm级提高到ppb，ppt甚至ppq级，那将带动微量元素地球化学研究进入超微量元素时代，将极大地推进人们对地幔、地外行星、陨石等的研究，人们将更深刻的认识天体和宇宙。如果将同位素年代学研究从目前百万年级水平提高到万年、千万年级水平，我们对地质历史将会有新的认识，将开辟精细年代学新的分支学科。如果我们能够将地震、滑坡、水坝等的定位精度提高N个数量级，将大幅度提高减灾防灾的能力。
于是，我们开始做地球科学量子研究的项目库建设，目前已经收集到15个项目，包括长远理论性探讨项目和近期量子精密测量项目两个方面。其中的二次离子质谱的技术改造、单光子和量子点技术应用于高光谱仪器的升级改造、基于量子光学精密测量的元素和同位素测量仪器研发、基于量子影像增强与深度神经网络的地质现象解译技术、基于机器学习算法与分布式量子光纤监测的围岩质量综合分析方法、量子技术在石英流体包裹体中挥发性元素含量及稳定同位素比值测试中的应用项目、三维高精度近地层大气水汽及二氧化碳通量量子监测仪器研制、轻便高光谱/超光谱量子地物波谱仪研制等项目，是有进一步深入研究价值的。
看来，推动地球科学领域仪器设备的升级换代，使之进入量子化时代，将跳跃式地提升地球科学研究的水平，开辟地球科学研究的新篇章。
撰稿 : 原杰，张旗 编辑：王玉伦
附件：量子-地球科学项目库目录：
一，理论探讨类型：
1 刘思晗 外星人与各个文明古代传说、量子理论的关系
2 刘思晗 将“量子纠缠”带入矿床模型的研发设想
3 未来君 关于量子-地球科学研究方向选项的几点建议
4 张 旗 量子理论与外星人、地外文明的问题
5 张 旗 利用量子纠缠技术寻找地表矿床的方法
二，技术开发类
6 蔡宏明 量子技术在石英流体包裹体中挥发性元素含量及稳定同位素比值测试中的应用
7 韩 帅 基于机器学习算法与分布式量子光纤监测的围岩质量综合分析方法
8 石玉若 二次离子质谱技术与量子科技的结合--地幔橄榄岩中磷灰石年龄
9 索建军 大气量子卫星遥感探测系统工程
10索建军 三维高精度近地层大气水汽及二氧化碳通量量子监测仪器研制
11索建军 轻便高光谱/超光谱量子地物波谱仪研制
12元 杰 基于单光子相机的行星三维摄像仪研发
13元 杰 基于量子成像系统的制导导弹研发
14元 杰 基于量子光学精密测量的元素和同位素测量仪器研发
15张 旗 量子点技术应用于XRF的升级改造及其应用前景
评论