军用级“量子激光器”使用纠缠光子，亮度将超过传统激光束

原型量子光子二聚体激光器使用纠缠来绑定光子，并提供强大的集中光束，可以穿透像浓雾这样的恶劣天气。

研究人员正在开发一种新的军用级“量子激光器”，它可以穿透雾，并在远距离上工作。

美国国防高级研究计划局（DARPA）向科学家们提供了100万美元的资助，用于建造“量子光子二聚体激光器”的原型，该激光器利用量子纠缠将光粒子“粘”在一起，产生高度集中的激光束。

激光在军事行动中发挥着至关重要的作用，从卫星通信和瞄准技术到绘图和跟踪系统，如激光雷达（光探测和测距），激光被广泛使用。

传统的激光是通过刺激原子中的电子一起振荡来工作的。当这些电子从高能状态转移到低能状态时，它们会释放出一种叫做“相干光”的光 —— 波长和相位均匀的光。当这种光在激光装置内部的镜子之间反射时，它被精炼成一束集中的激光束。

但科学家们在一份声明中说，通过使用纠缠光子，量子光子二聚体激光器可以在更远的距离和不利的条件下保持光束精度和强度。因此，量子激光器可以为恶劣环境下的监视和安全通信等军事应用提供更好的性能。

“光子在传播过程中编码信息，但穿越大气层对它们非常有害，”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政宗（音译）说。“当两个光子结合在一起时，它们仍然会受到大气的影响，但它们可以相互保护，这样一些相位信息仍然可以保留下来。”

双色光子二聚体激光器的工作原理，是通过一种称为量子纠缠的过程将光子对（代表电磁辐射最小组成部分的基本粒子）结合起来。

量子纠缠是量子力学领域的一种奇怪而复杂的现象，当两个或两个以上的粒子相互连接时，一个粒子会立即影响另一个粒子的状态，而不管它们之间的距离有多远。

研究人员说，当两个光子通过量子纠缠连接在一起时，它们就会产生所谓的光子二聚体。这些光子对更容易操作，因为它们作为一个单一的实体，任何对一个光子的改变都会直接影响到另一个光子。

这种光粒子的结合增加了激光的能量和稳定性，使其在长距离和极端温度和雾等不利条件下表现更好。

沈教授和他的团队之前的工作发表于2020年12月，探索了如何使用量子光子二聚体激光技术来改善深部脑成像。在那项研究中，他们使用光子二聚体来绘制复杂的神经结构。

研究人员说，这项技术还可以在量子计算和电信中发挥作用，可能会带来更快、更安全的数据传输方式。

研究人员总结道：“我们正试图利用纠缠的特性来做一些创新的事情。这种纠缠可以做很多我们只能梦想的事情 —— 这只是冰山一角。”

来自：知新了了