60年的激光限制被量子研究人员推翻

一组澳大利亚量子理论家展示了如何打破60年来一直被认为从根本上限制激光相干性的界限。激光的能量可以看作是连续发射到具有相同相位的光束中的光子(光的粒子)的数量(所有的光子都在一起波动)。它决定了它能在多大程度上很好地执行各种精确任务，比如控制量子计算机的所有组件。

现在，格里菲斯大学(Griffith University)和麦格理大学(Macquarie University)的研究人员在“自然物理学”上发表的一篇论文中表明，新的量子技术开启了使这种相干性比想象中大得多的可能性。

项目负责人、格里菲斯量子动力学中心主任怀斯曼教授说，传统观点可以追溯到1958年美国物理学家亚瑟·舍洛(Arthur Schawlow)和查尔斯·汤斯(Charles Townes)的一篇著名论文。

他们从理论上证明了光束的相干性不能大于激光器中存储的光子数的平方，他说。

但他们对如何将能量添加到激光器以及如何释放能量以形成光束做出了假设。

这些假设在当时是有意义的，在今天仍然适用于大多数激光器，但它们并不是必需的。

麦格理大学(Macquarie University)副教授多米尼克·贝里(Dominic Berry)说，在我们的论文中，我们已经证明了量子力学施加的真正限制是，相干性不能大于激光器中存储的光子数量的4次方。

当存储的光子数很大时，就像通常的情况一样，我们的新上界比旧的上界大得多。

怀斯曼教授团队的研究员纳里曼·萨达特曼德博士说，这个连贯的新界限能实现吗？是的，可以。

通过数值模拟，我们找到了一种激光器的量子力学模型，它在光束中达到了相干的理论上限，否则与传统激光器的光束没有什么区别。

格里菲斯大学(Griffith University)负责该项目的博士生特拉维斯·贝克(Travis Baker)表示：那么，我们什么时候才能看到这些新的超级激光器呢？可能要过一段时间才能看到。但是我们确实证明了使用超导技术来构建我们真正的量子限制是可能的。这与目前最好的量子计算机使用的技术相同，我们建议的设备可能在该领域有应用。

怀斯曼教授说，我们的工作提出了许多有趣的问题，比如它是否可以实现更节能的激光。这也将是一个巨大的好处，所以我们希望能够在未来对此进行调查。更多信息：特拉维斯·J·贝克(Travis J.Baker)等人。“激光相干性的海森堡极限”，“自然物理”(2020)。电话：10.1038/s4156702020-3