Группа американских ученых во главе с Юнг-Цунг Шеном – доцентом кафедры электротехники и системной инженерии Университета Вашингтона в Сент-Луисе – разрабатывает "квантовый лазер" военного уровня, который сможет прорезать туман и работать на больших расстояниях, пишет Live Science.
На эту разработку Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) выделило грант в 1 миллион долларов.
Лазеры играют большую роль в военном деле: от спутниковой связи и технологий наведения до систем картографирования и слежения, таких как лидар (обнаруживает источник света и определяет его дальность).
Обычные лазеры работают, стимулируя электроны в атомах колебаться в унисон. Когда эти электроны переходят из состояния с высокой энергией в состояние с низкой энергией, они испускают "когерентный" свет с одинаковой длиной волны и фазой. Когда этот свет отражается между зеркалами внутри лазерного устройства, он преобразуется в концентрированный лазерный луч.
Предполагается, что инновационный квантовый фотонно-димерный лазер сможет с помощью запутанных фотонов сохранять точность и мощность на больших расстояниях и в неблагоприятных условиях. Таким образом, по словам ученых, квантовые лазеры смогут обеспечить лучшую производительность военных устройств, например для наблюдения и безопасной связи в суровых условиях.
"Фотоны кодируют информацию, когда они путешествуют, но путешествие через атмосферу деструктивно для них. Когда же два фотона связаны вместе, они по-прежнему страдают от воздействия атмосферы, но могут защитить друг друга, так что информация о фазе сохраняется дольше", – говорит Юнг-Цунг Шен.
По словам исследователей, когда два фотона соединяются друг с другом посредством квантовой запутанности, они создают так называемые фотонные димеры. Этими парами фотонов легче манипулировать, поскольку они действуют как единое целое, и любое изменение, примененное к одному фотону, напрямую влияет на другой.
Такое связывание световых частиц увеличивает энергию и стабильность лазера, улучшая его работу на больших расстояниях и в неблагоприятных условиях, таких как экстремальные температуры и туман.
В 2020 году команда Шена опубликовала результаты исследования того, как можно использовать технологию квантового фотонно-димерного лазера для улучшения глубокой визуализации мозга. Ученые использовали фотонные димеры для картирования сложных нейронных структур.
По словам исследователей, эта технология также может сыграть роль в квантовых вычислениях и телекоммуникациях, что, возможно, приведет к созданию более быстрых и безопасных способов передачи данных.
Тем временем ученые из Хунаньского университета в Китае создали "самый мощный в мире" фононный лазер, который, в отличие от обычного лазера, излучает частицы не света (фотоны), а звука – фононы.