Свет сквозь пелену: «обнимающиеся» фотоны помогут создать мощный военный лазер

Ученые Вашингтонского университета разработали инновационную технологию, которая позволит лазерам проникать через туман, что может существенно помочь в военных целях.

Военные часто сталкиваются с проблемами, связанными с неблагоприятными условиями, такими как туман, экстремальные температуры и большие расстояния, которые осложняют наблюдение и связь. Однако, благодаря данному открытию, сила квантовой запутанности позволит преодолевать препятствия.

Агентство DARPA поддержало разработку и выделило грант на проект в размере $1 млн. В ходе проекта был создан прототип квантового фотонно-димерного лазера, который использует пару световых частиц — фотонов, связанных вместе квантовыми эффектами. Объединенные фотоны (димеры) генерируют мощный и концентрированный световой луч, что значительно увеличивает его энергию, эффективность и дальность действия.

Такие лазеры способны проходить туман, что может значительно улучшить военные операции и наблюдение в неблагоприятных условиях. Авторы работы утверждают, что открытие может также потенциально преобразовать всю область фотоники.

Фотон представляет собой частицу света, которая движется очень быстро и не несет заряда, что затрудняет его взаимодействие с другими частицами и манипулирование им. Ученые обнаружили, что, «склеивая» два фотона разного цвета, образуется фотонный димер, который ведет себя как синий фотон, который имеет более высокую частоту и несет больше энергии, чем, например, красный фотон. Запутанность между двумя фотонами может перевернуть представления о применении фотонов в связи и визуализации, предоставляя ранее недоступные возможности.

Ученые объясняют, что фотоны кодируют информацию во время своего движения, но прохождение через атмосферу наносит им значительный урон. Когда два фотона связаны вместе, они подвержены воздействию атмосферы, но могут защищать друг друга, сохраняя часть фазовой информации. Димеры могут быть адаптированы к условиям атмосферы или тумана благодаря уникальному свойству квантовой механики – квантовой запутанности, которая представляет собой корреляцию между фотонами.

Дальнейшие исследования направлены на применение разработки в телекоммуникациях, квантовых вычислениях и военной сфере при поддержке DARPA. Ожидается, что технология квантового фотонно-димерного лазера позволит генерировать различные состояния двухцветных димеров с беспрецедентной скоростью — 1 миллион пар в секунду.