I ricercatori che lavorano con la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) degli Stati Uniti hanno ricevuto una sovvenzione di 1 milione di dollari per creare un prototipo di laser quantistico.
I ricercatori hanno spiegato che il laser utilizzerà l’entanglement quantistico essenzialmente per “incollare” insieme le particelle di luce, consentendo loro di creare un laser altamente concentrato.
Il laser quantistico svolgerà un ruolo importante nelle future operazioni militari
Si prevede che il laser quantistico svolgerà un ruolo importante nelle future operazioni militari, comprese le comunicazioni satellitari, i sistemi di mappatura e tracciamento come il lidar, nonché le tecnologie di targeting in altre tecnologie militari.
In genere, i laser funzionano stimolando gli elettroni in vari atomi a oscillare secondo lo stesso schema. Quando questo accade, gli elettroni si spostano in uno stato di bassa energia e rilasciano luce coerente, che ha una lunghezza d’onda e una fase uniformi.
Questo viene poi rimbalzato tra gli specchi all’interno del dispositivo per creare il raggio laser concentrato. Un laser quantistico, invece, essenzialmente attirerebbe insieme le particelle di luce, intrappolandole completamente.
Sfruttare fotoni entangled
Utilizzando fotoni entangled, i ricercatori sperano di creare un laser quantistico più preciso e più potente in grado di sparare a distanze molto maggiori e anche in condizioni avverse. Questo, ovviamente, consentirebbe molta più versatilità per le operazioni militari, che non sempre si svolgono nelle circostanze più soleggiate. La NASA ha recentemente testato nuovi sistemi di comunicazione laser e questo tipo di laser quantistico potrebbe contribuire a migliorarli ancora di più.
Quando i fotoni attraversano l’atmosfera, possono essere gravemente danneggiati. Quando sono impigliati, come accadrebbe con questo nuovo laser quantistico, subirebbero comunque qualche danno, ma i fotoni sarebbero anche in grado di proteggersi a vicenda in qualche modo, fornendo un’uscita di energia più stabile e più elevata per il raggio laser.
La speranza è che la tecnologia si estenda anche all’informatica quantistica e alle telecomunicazioni. Potrebbe rendere i servizi satellitari più affidabili, se fossimo in grado di capire come creare questi raggi quantici nello spazio e poi rimandarli sulla Terra o viceversa.
Inoltre, i ricercatori affermano che capire come funziona l’entanglement è solo la punta dell’iceberg di quello che potrebbero essere in grado di realizzare con la meccanica quantistica come questa.
Le comunicazioni e altre tecnologie basate sul laser possono essere ostacolate da condizioni avverse, come nebbia, temperature estreme o lunghe distanze. Un ingegnere della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis sta implementando la tecnologia quantistica per sviluppare modi in cui i laser possono funzionare efficacemente in questi ambienti difficili.
“I fotoni codificano le informazioni quando viaggiano, ma il viaggio attraverso l’atmosfera è molto dannoso per loro“, ha spiegato Shen: “Quando due fotoni sono legati insieme, subiscono ancora gli effetti dell’atmosfera, ma possono proteggersi a vicenda in modo che alcune informazioni sulla fase possano ancora essere preservate”.
Questi dimeri bicolore possono essere adattati all’atmosfera o alla nebbia attraverso una proprietà unica della meccanica quantistica nota come entanglement quantistico, ha detto Shen.
“L’entanglement quantistico è una correlazione tra fotoni“, ha detto: “Stiamo cercando di sfruttare la proprietà dell’entanglement per fare qualcosa di innovativo. L’entanglement può fare molte cose che possiamo solo sognare: questa è solo la punta dell’iceberg”.
Il lavoro precedente di Shen e del suo team ha esplorato come la tecnologia del laser quantistico a dimero fotonico potrebbe essere utilizzata per migliorare l’imaging cerebrale profondo. In quello studio, hanno utilizzato dimeri fotonici per mappare strutture neurali complesse
Conclusioni
“La caratteristica unica del laser quantistico è il suo duplice obiettivo di generare questi nuovi stati fotonici quantistici fortemente correlati e di sviluppare il quadro teorico e gli algoritmi avanzati per il loro rilevamento efficiente, rivoluzionando potenzialmente l’imaging e la comunicazione quantistica”, ha affermato Shen.
L’entanglement quantistico è un fenomeno strano e complesso nel campo della meccanica quantistica che si verifica quando due o più particelle vengono interconnesse in modo tale che una particella influenza istantaneamente lo stato dell’altra, indipendentemente dalla distanza tra loro.
Quando due fotoni sono collegati insieme attraverso l’entanglement quantistico, creano quelli che sono conosciuti come dimeri fotonici. Queste coppie di fotoni sono più facili da manipolare perché agiscono come una singola entità, e qualsiasi modifica applicata a un fotone influisce direttamente sull’altro.
