美国国防高级研究计划局的军用级“量子激光器”将用纠缠的光子照过传统的激光束

By  Owen Hughes

2024/6/13

Engineering

    原型量子光子二聚体激光器用纠缠来束缚光子并提供一个强大的能照过像浓雾一样恶劣天气的集中光束，。

(Image credit: Chris Rogers/Getty Images)

    研究人员正在开发一种新的能穿透雾气并跨长距离运行的军用级“量子激光器”。

    美国国防高级研究计划局（DARPA）已向科学家提供100万美元的赠款以建造一种原型的用量子纠缠来一起黏住光粒子并产生高度集中的激光束的“量子光子二聚体激光器”。

    激光在军事行动中起一个至关重要的角色并被用于从卫星通信和瞄准技术到映射和跟踪系统像激光雷达（光探测和测距）一样的一切。

    传统的激光器通过刺激原子中的电子一致振荡工作。当这些电子从一个高能态移动到一个低能态时它们会释放出一种叫“相干光”的光形式——波长和相位均匀的光。随这种光在激光装置内部的镜子之间反弹，它被细化成一种集中的激光束。

    但科学家们在一份声明中说，通过用纠缠的光子，量子光子二聚体激光器能在更远的距离和逆境条件下保持精度和强度。因此，量子激光器可以为像在恶劣环境中监视和安全通信一样军事应用提供更好的性能。

    项目负责人、圣路易斯华盛顿大学电气与系统工程副教授沈江昌说，“光子当它们旅行时编码信息，但穿过大气层旅行对它们是非常破坏的。当两个光子被结合在一起时它们仍然遭受大气层的影响，但它们能彼此保护以便一些相位信息仍然能被保存”。

    双色光子二聚体激光器通过将光子对-代表电磁辐射的最小构建块的基本粒子-通过一个叫量子纠缠的键合过程工作。

    量子纠缠是量子力学领域中一种奇怪和复杂的当两个或多个粒子以这样一种方式变得相互连接了时发生一个粒子立即的影响另一个粒子的状态的现象，无论它们之间的距离多远。

    研究人员说，当两个光子通过量子纠缠被连接在一起时它们创造所谓的光子二聚体。这些光子是更容易来操作的，因为它们作为一个单一实体行动，任何施加到一个光子的变化直接的影响另一个光子。

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    这种光粒子的键合增加激光的能量和稳定性，使它在长距离和极端温度和雾等不利条件下表现更好。沈和他的团队于2020年12月发表的先前工作探索了量子光子二聚体激光技术如何能被用来改善深部脑成像。在那项研究中，他们使用光子二聚体来映射复杂的神经结构。

    研究人员说，该技术还能在量子计算和电信中起一个角色，可能的导致更快、更安全的数据传输方式。

    沈说，“我们正试图利用纠缠的这种属性来做一些创新的事情。这种纠缠能做很多我们梦寐以求的事情——这只是冰山一角 “。

https://www.livescience.com/technology/engineering/darpas-military-grade-quantum-laser-will-use-entangled-photons-to-outshine-conventional-laser-beams