地震最可怕的事情之一不是它造成的破坏有多大，而是下一次发生的时间和地点。2023 年伊始就已经出现了明显的地震活动，土耳其和叙利亚2 月的地震已造成数万人死亡。
许多专家预测，这种类型的破坏性地震活动会继续下去，，威胁到全球其他危险地区。
尽管科学家们无法预测地震何时发生，但许多人正在开发能够提高地震探测能力的敏感设备。量子传感器就是这样一种设备。
将原子悬浮在激光阵列中的超低温（接近 0 开尔文度）下，量子传感器可以检测到引力波的微小变化，而当量子纠缠时则变得更加敏感。
虽然此设置为改进地震模型提供了更全面的数据，但成本可能很高。
如何测量地震？
目前的探测方法利用了全球的地震仪网络。在每个网络节点上，任何震动，甚至是岩石滑动，都可能触发地震仪的测量。
伯明翰大学土木工程博士Daniel Boddice教授说:“目前的系统是由加速度计(地震仪)组成的，它可以探测到最早到达的地震波，这是一种压力波(p波)，它可以移动地面，但破坏力不如随后传播速度较慢的横波(s波)。”
地震仪的局限性
虽然这些测量可以帮助三角测量地震的震中，但它们有很大的局限性。“这会发出一些警告，但意味着地震仪法产生决定性的事件警告，因为它们只能在地面开始摇晃时才能看到一些东西，”Boddice 补充道。
换句话说，地震仪只能在地震发生时测量地震波，迫使科学家与时间赛跑，在为时已晚之前向危险地区发出警告。
利用量子传感器，提高对引力波的灵敏度可以在地震前获得更多数据，为发布预警提供宝贵的时间。
量子纠缠
结合原子群和激光网，科学家可以监测网络中单个原子的波动，最终获得大量准确的数据。
科学家们正在研究将量子纠缠添加到这些传感器中，使仪器中的两个粒子纠缠或具有相互依赖的量子态。当这种情况发生时，原子不太容易受到环境噪声的影响，从而可以更精确地读取引力波波动。
尽管纠缠量子传感器可能不会受到信号干扰等传统地震仪问题的困扰，但它们也有自己的问题，主要是整个系统的脆弱性。
量子纠缠非常脆弱，可以很快破裂。这使得此类系统的实施和维护变得困难且成本高昂。但研究正在进行中，以使这些系统更强大，特别是用于创建其他设备，如量子计算机。
改进地震检测
Boddice 是研究利用这些量子设备改进地震探测系统的众多研究人员之一。
“通过添加一个永久监测重力仪传感器网络，如果你同时在多个探测器上检测到由板块运动引起的质量漂移，你就会得到更早的警告，”Boddice 说。一旦加速度计开始探测到引力波以光速传播时，这一点就可以得到证实。
将量子传感器与传统地震仪相结合，可以为研究人员提供更精确的数据，用于地震模型，从而实现更好的热点预测和更有效的预警系统。
量子传感的好处
通过这种量子传感获得的灵敏度“有可能通过在地震发生时提供到达更安全地点所需的关键额外秒数来挽救数千人的生命”。量子计算公司Infleqtion(前身为ColdQuanta)量子信号处理副总裁安jul Loiacono说，该公司正在开发用于引力波探测的量子传感器。
尽管警告窗口可能只会稍微扩大，但 Boddice 认为，这段额外的时间仍然可以在减少地震期间的死亡人数方面发挥作用。
“例如，如果火车在行驶过程中，下面的铁轨发生弯曲，它就会撞车；所以最好让火车停下来避免这种影响，”他说。“你可以采取行动避免人们进入风险更高的地方。”
这可能适用于电梯的运行，或在地震开始时关闭人们可能被困的隧道入口。您还可以关闭电力和天然气网络，以避免在震颤期间破裂时发生火灾。
“单独来看，这些行为可能看起来微不足道，但累积起来对于足够大的地震来说，它们可能会对伤亡产生重大影响，”Boddice补充道。
地震预测的局限性
虽然这些设备可以改善预警时间，但它们也可能过于敏感，这带来了其他挑战。
“量子重力仪的高灵敏度既是福也是祸，”Boddice说。
这是因为各种力量（例如车辆交通）会通过地球发送振动，这些振动可能会记录在这些敏感设备中。这激发了从重要但小的重力信号中辨别背景噪声的工作。
因此，一些科学家开始转向机器学习算法。这项技术可以帮助解释什么是噪音，什么是地震。
“将机器学习的力量与量子引力传感技术相结合，将可以更快、更精确地检测即将发生的地震，”Loiacono 说。
机器学习算法还可以帮助预测未来地震活动的趋势。
地震现在更常见了吗?
目前的数据显示，在过去两年中，大地震的数量显著增加，专家预测这一趋势将继续下去。
然而，这种增加的趋势主要是由于检测能力的提高，以及报告警惕性以及地震在人口较多和发达地区的影响。
“探测地震的历史由来已久，现在地震并不比过去更常见，”Boddice 说。“我怀疑由于 24 小时滚动新闻，人口较多的地区的组合会增加他们被注意到或更多报道的机会。”
他建议客观、全面和长期地审视这一趋势，实际上会发现它们现在并不比以往任何时间点更普遍。
