Учені створять ідеальний "квантовий" лазер: у чому його секрет і коли його отримають військові

Особливістю нового лазерного пристрою є те, що він зможе нормально функціонувати в негоду, наприклад, в умовах туману.

Агентство перспективних дослідницьких проєктів Міністерства оборони США (DARPA) виділило грант в 1 млн доларів вченим з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі на створення прототипу "квантового фотонно-димерного лазера". Пристрій використовуватиме квантову заплутаність для "склеювання" частинок світла і генерації висококонцентрованого лазерного променя, пише Live Science.

Звичайні лазери працюють, коли електрони в атомах коливаються в унісон. Коли такі електрони переходять зі стану з високою енергією в стан з низькою енергією, вони випромінюють світло, яке називають "когерентним", тобто таким, що має однакову довжину хвилі та фазу. Коли це світло відбивається від дзеркал усередині лазерного пристрою, воно перетворюється на концентрований лазерний промінь. Але, використовуючи заплутані фотони, квантовий фотонно-димерний лазер зможе зберігати точність і потужність на великих відстанях і в несприятливих умовах, йдеться в заяві вчених. Таким чином, квантові лазери можуть забезпечити кращу продуктивність для військових застосувань, таких як спостереження, безпечний зв'язок.

Фотони кодують інформацію, коли надходять в атмосферу, але проблема в тому, що фотони страждають від впливу атмосфери й інформація втрачається. Однак пов'язані фотони здатні захистити один одного, тому деяка інформація може бути збережена, пояснили дослідники. Двоколірний фотонний димерний лазер працює шляхом зв'язування пар фотонів — фундаментальних частинок, які являють собою найдрібніші будівельні блоки електромагнітного випромінювання — за допомогою процесу, який називається квантовою заплутаністю. Квантова заплутаність — складне явище в галузі квантової механіки, яке виникає, коли дві, або більше, частинки з'єднуються між собою так, що одна частинка впливає на стан іншої, незалежно від відстані між ними.

За словами вчених, коли два фотони з'єднуються один з одним за допомогою квантової заплутаності, вони створюють так звані фотонні димери. Цими парами фотонів легше маніпулювати, оскільки вони діють як єдине ціле, і будь-яка зміна, застосована до одного фотона, безпосередньо впливає на інший. Таке зв'язування світлових частинок збільшує енергію і стабільність лазера, покращуючи його роботу на великих відстанях і в несприятливих умовах, таких як екстремальні температури та туман.

Попередні роботи команди з Вашингтонського університету показали, як можна використовувати технологію квантового фотонно-димерного лазера для поліпшення глибокої візуалізації мозку. У своїх дослідженнях вчені використовували фотонні димери для картування складних нейронних структур.

Ця технологія також може зіграти роль у квантових обчисленнях і телекомунікаціях, що, можливо, призведе до створення більш швидких і безпечних способів передачі даних.