DARPA 的军用级“量子激光器”将使用纠缠光子来超越传统激光束

原型量子光子二聚体激光器利用纠缠来束缚光子，并提供强大的集中光束，可以穿透浓雾等恶劣天气。

研究人员正在开发一种新型军用级“量子激光器”，可以穿透雾气并进行长距离操作。

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

激光器在军事行动中发挥着至关重要的作用，其应用广泛，从卫星通信和定位技术到激光雷达（光探测和测距）等测绘和跟踪系统。

传统激光器的工作原理是刺激原子中的电子一致振荡。当这些电子从高能态移动到低能态时，它们会释放一种称为“相干光”的光，即具有均匀波长和相位的光。当这种光在激光设备内部的镜子之间反射时，它被提炼成集中的激光束。

但科学家们在一份声明中表示，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。

“光子在旅行时编码信息，但穿过大气层的旅行对它们来说非常有害，”项目负责人、圣路易斯华盛顿大学电气与系统工程副教授Jung-Tsung Shen。 “当两个光子结合在一起时，它们仍然会受到大气的影响，但它们可以互相保护，从而仍然可以保留一些相位信息。”

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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”的过程将成对的光子（代表电磁辐射的最小组成部分的基本粒子）结合在一起。

量子纠缠是量子力学领域中的一种奇怪而复杂的现象，当两个或多个粒子以这样一种方式相互连接时就会发生：粒子会立即影响另一个粒子的状态——无论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，它们会产生所谓的光子二聚体。这些光子对更容易操纵，因为它们充当单个实体，应用于一个光子的任何变化都会直接影响另一个光子。

光粒子的这种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。

Shen 及其团队于 2020 年 12 月发表的之前的工作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。在这项研究中，他们使用光子二聚体来绘制复杂的神经结构。 

研究人员表示，该技术还可以在量子计算和电信领域发挥作用，可能会带来更快、更安全的数据传输方式。

“我们正在尝试利用纠缠的特性来做一些创新的事情。纠缠可以做很多我们只能梦想的事情——这只是冰山一角，”沉说。