Forscher entwickeln einen neuen „Quantenlaser“ in Militärqualität, der Nebel durchschneiden und über große Entfernungen eingesetzt werden kann.
Die Advanced Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums hat einen Zuschuss in Höhe von 1 Million US-Dollar an Wissenschaftler vergeben, die einen Prototyp eines „optischen Quantenlasers“ bauen, der Quantenverschränkung nutzt, um Lichtteilchen „zusammenzukleben“ und einen hochfokussierten Laserstrahl zu erzeugen.
Laser spielen eine entscheidende Rolle bei militärischen Operationen und werden in allen Bereichen eingesetzt, von der Satellitenkommunikation bis hin zu … Targeting-Technologie Für Kartierungs- und Trackingsysteme wie z Lidar (Lichterkennung und Reichweite).
Konventioneller Laser Sie wirken, indem sie Elektronen in Atomen dazu anregen, im Gleichklang zu schwingen. Wenn diese Elektronen von einem hochenergetischen Zustand in einen niederenergetischen Zustand übergehen, setzen sie eine Form von Licht frei, das als „kohärentes Licht“ bezeichnet wird – Licht mit einer einheitlichen Wellenlänge und Phase. Wenn dieses Licht zwischen den Spiegeln im Lasergerät reflektiert wird, wird es in einen fokussierten Laserstrahl gefiltert.
Aber durch die Verwendung verschränkter Photonen können quantenoptische Laser Präzision und Leistung über größere Entfernungen und unter widrigen Bedingungen aufrechterhalten, sagten die Wissenschaftler. eine Erlaubnis. Quantenlaser können daher eine bessere Leistung für militärische Anwendungen wie Überwachung und sichere Kommunikation in rauen Umgebungen bieten.
„Photonen verschlüsseln auf ihrer Reise Informationen, aber die Reise durch die Atmosphäre ist für sie sehr zerstörerisch“, sagt der Projektleiter Jung Tsung Shin, außerordentlicher Professor für Elektro- und Systemtechnik an der Washington University in St. Louis. „Wenn zwei Photonen aneinander gebunden sind, leiden sie immer noch unter den Auswirkungen der Atmosphäre, aber sie können sich gegenseitig abschirmen, sodass immer noch einige Phaseninformationen erhalten bleiben.“
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Ein dichroitischer photonischer Laser funktioniert durch die Bindung von Photonenpaaren – Elementarteilchen, die die kleinsten Bausteine elektromagnetischer Strahlung sind – durch einen Prozess namens Quantenverschränkung.
Quantenverschränkung ist Ein seltsames und komplexes Phänomen Auf dem Gebiet der Quantenmechanik Was passiert, wenn zwei oder mehr Die Moleküle werden miteinander verbunden So beeinflusst ein Teilchen sofort den Zustand des anderen Teilchens, unabhängig vom Abstand zwischen ihnen.
Die Forscher sagten, dass, wenn zwei Photonen durch Quantenverschränkung miteinander verbunden werden, sogenannte Fotodioden entstehen. Diese Photonenpaare sind leicht zu manipulieren, da sie als eine Einheit wirken und jede Änderung an einem Photon sich direkt auf das andere auswirkt.
Diese Verbindung von Lichtpartikeln erhöht die Leistung und Stabilität des Lasers und ermöglicht so eine bessere Leistung über große Entfernungen und unter widrigen Bedingungen wie extremen Temperaturen und Nebel.
vorherige Arbeit In der im Dezember 2020 veröffentlichten Studie untersuchten Shen und sein Team, wie die quantenphotonische Lasertechnologie zur Verbesserung der Bildgebung im tiefen Gehirn eingesetzt werden könnte. In dieser Studie verwendeten sie Fotodioden, um komplexe neuronale Strukturen abzubilden.
Auch Technologie kann eine Rolle spielen Quantitative Statistik Die Forscher sagten, die Telekommunikation könne zu schnelleren und sichereren Möglichkeiten der Datenübertragung führen.
„Wir versuchen, die Verschränkung zu nutzen, um etwas Innovatives zu schaffen“, sagte Shen. „Die Verschränkung kann viele Dinge bewirken, von denen wir nur träumen können, und das ist nur die Spitze des Eisbergs.“
