60-årig grænse for lasere væltet af kvanteforskere

Et team af australske kvanteteoretikere har vist, hvordan man bryder en grænse, man havde troet, i 60 år, grundlæggende at begrænse lasernes sammenhæng.

Sammenhængen mellem en laserstråle kan opfattes som antallet af fotoner (lyspartikler), der efterfølgende udsendes til strålen med den samme fase (alle vinkende sammen). Det bestemmer, hvor godt det kan udføre en lang række præcisionsopgaver, såsom at styre alle komponenterne i en kvantecomputer.

Nu, i et papir udgivet i Naturfysik , forskerne fra Griffith University og Macquarie University har vist, at nye kvanteteknologier åbner muligheden for at gøre denne sammenhæng langt større, end man troede var mulig.

"Den konventionelle visdom stammer tilbage fra et berømt papir fra 1958 af amerikanske fysikere Arthur Schawlow og Charles Townes, "sagde professor Wiseman, projektleder og direktør for Griffiths Center for Quantum Dynamics.

Hver af dem vandt en nobelpris for deres laserarbejde.

"De viste teoretisk, at strålens sammenhæng ikke kan være større end kvadratet af antallet af fotoner, der er lagret i laseren, " han sagde.

"Men de gjorde antagelser om, hvordan energi tilføjes laseren, og hvordan den frigives for at danne strålen.

"Antagelserne gav mening dengang, og gælder stadig for de fleste lasere i dag, men de kræves ikke af kvantemekanik. "

"I vores papir, vi har vist, at den sande grænse pålagt af kvantemekanikken er, at kohærensen ikke kan være større end den fjerde effekt af antallet af fotoner, der er lagret i laseren, "sagde lektor Dominic Berry, fra Macquarie University.

"Når det lagrede antal fotoner er stort, som det typisk er tilfældet, vores nye øvre grænse er meget større end den gamle. "

Men kan denne nye grænse for sammenhæng opnås? "Ja, "siger Dr. Nariman Saadatmand, en forsker i professor Wisemans gruppe.

"Ved numerisk simulering har vi fundet en kvantemekanisk model for en laser, der opnår den teoretiske øvre grænse for sammenhæng, i en stråle, der ellers ikke kan skelnes fra en konventionel laser. "

Så hvornår vil vi se disse nye superlasere? "Sandsynligvis ikke et stykke tid, "siger hr. Travis Baker, ph.d. studerende på projektet på Griffith University. "Men vi beviser, at det ville være muligt at konstruere vores virkelig kvantebegrænsede laser ved hjælp af superledende teknologi. Dette er den samme teknologi, der bruges i de nuværende bedste kvantecomputere, og vores foreslåede enhed kan have applikationer på dette område. "

"Vores arbejde rejser mange interessante spørgsmål, såsom om det kunne tillade mere energieffektive lasere, '' Sagde professor Wiseman. "Det ville også være en stor fordel, så vi håber at kunne undersøge det i fremtiden. "