يقوم الباحثون بتطوير “ليزر كمي” جديد من الدرجة العسكرية يمكنه قطع الضباب والعمل لمسافات طويلة.
منحت وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية (DARPA) منحة قدرها مليون دولار للعلماء الذين يقومون ببناء نموذج أولي لـ “الليزر الفوتوني الكمي” الذي يستخدم التشابك الكمي “للصق” جزيئات الضوء معًا وتوليد شعاع ليزر عالي التركيز.
يلعب الليزر دورًا حاسمًا في العمليات العسكرية ويستخدم في كل شيء بدءًا من الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وحتى تكنولوجيا الاستهداف لأنظمة رسم الخرائط والرصد مثل ليدار (كشف الضوء والمدى).
الليزر التقليدي تعمل عن طريق تحفيز الإلكترونات الموجودة في الذرات لتتأرجح في انسجام تام. عندما تنتقل هذه الإلكترونات من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة، فإنها تطلق شكلاً من الضوء يسمى “الضوء المتماسك” – ضوء ذو طول موجي وطور موحد. وعندما ينعكس هذا الضوء بين المرايا الموجودة داخل جهاز الليزر، فإنه يتم تنقيته إلى شعاع ليزر مركّز.
ولكن باستخدام الفوتونات المتشابكة، يمكن للليزر الضوئي الكمي أن يحافظ على الدقة والقوة على مسافات أكبر وفي ظل ظروف معاكسة، حسبما قال العلماء. تصريح. وبالتالي يمكن أن يقدم الليزر الكمي أداءً أفضل للتطبيقات العسكرية مثل المراقبة والاتصالات الآمنة في البيئات القاسية.
“تشفر الفوتونات المعلومات أثناء سفرها، لكن رحلتها عبر الغلاف الجوي تضر بها بشدة”، قائد المشروع جونغ تسونغ شين، أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة النظم في جامعة واشنطن في سانت لويس. “عندما يرتبط فوتونان ببعضهما البعض، فإنهما لا يزالان يتعرضان لتأثيرات الغلاف الجوي، لكن يمكنهما حماية بعضهما البعض بحيث لا يزال من الممكن الحفاظ على بعض معلومات الطور.”
متعلق ب: اختراع جديد يحول أي هاتف ذكي أو شاشة تلفزيون إلى جهاز عرض ثلاثي الأبعاد
يعمل الليزر الضوئي الثنائي اللون عن طريق ربط أزواج من الفوتونات – وهي جزيئات أساسية تمثل أصغر وحدات بناء الإشعاع الكهرومغناطيسي – من خلال عملية تسمى التشابك الكمي.
التشابك الكمي هو ظاهرة غريبة ومعقدة في مجال ميكانيكا الكم والذي يحدث عند اثنين أو أكثر تصبح الجزيئات مترابطة بحيث يؤثر أحد الجسيمين بشكل فوري على حالة الجسيم الآخر، بغض النظر عن المسافة التي تفصل بينهما.
وأوضح الباحثون أنه عندما يتم ربط فوتونين معًا عن طريق التشابك الكمي، فإنهما يخلقان ما يسمى بالثنائيات الضوئية. من الأسهل التعامل مع أزواج الفوتونات هذه لأنها تعمل ككيان واحد، حيث تؤثر أي تغييرات يتم تطبيقها على فوتون واحد بشكل مباشر على الآخر.
يؤدي هذا الترابط بين جزيئات الضوء إلى زيادة طاقة الليزر واستقراره، مما يجعله يعمل بشكل أفضل على مسافات طويلة وفي الظروف المعاكسة مثل درجات الحرارة القصوى والضباب.
عمل سابق استكشف شين وفريقه، المنشور في ديسمبر 2020، كيف يمكن استخدام تقنية الليزر الكمي الضوئي الكمي لتحسين التصوير العميق للدماغ. في هذه الدراسة، استخدموا الثنائيات الضوئية لرسم خريطة للهياكل العصبية المعقدة.
يمكن للتكنولوجيا أيضًا أن تلعب دورًا في الاحصاء الكمية ويقول الباحثون إن الاتصالات السلكية واللاسلكية يمكن أن تؤدي إلى وسائل أسرع وأكثر أمانًا لنقل البيانات.
وقال شين: “نحن نحاول استغلال خاصية التشابك لفعل شيء مبتكر. يمكن للتشابك أن يفعل الكثير من الأشياء التي لا يمكننا إلا أن نحلم بها، إنه مجرد قمة جبل الجليد”.
