Een team van Australische kwantumtheoretici heeft laten zien hoe ze een grens kunnen doorbreken waarvan werd aangenomen dat ze al 60 jaar, om de coherentie van lasers fundamenteel te beperken.

De coherentie van een laserstraal kan worden gezien als het aantal fotonen (lichtdeeltjes) dat achtereenvolgens in de straal wordt uitgezonden met dezelfde fase (allemaal samen zwaaiend). Het bepaalt hoe goed het een breed scala aan precisietaken kan uitvoeren, zoals het besturen van alle componenten van een kwantumcomputer.

Nutsvoorzieningen, in een paper gepubliceerd in Natuurfysica , de onderzoekers van Griffith University en Macquarie University hebben aangetoond dat nieuwe kwantumtechnologieën de mogelijkheid openen om deze samenhang veel groter te maken dan voor mogelijk werd gehouden.

"De conventionele wijsheid gaat terug tot een beroemd artikel uit 1958 van de Amerikaanse natuurkundigen Arthur Schawlow en Charles Townes, " zei professor Wiseman, projectleider en directeur van Griffith's Center for Quantum Dynamics.

Elk van hen won een Nobelprijs voor hun laserwerk.

"Ze toonden theoretisch aan dat de coherentie van de bundel niet groter kan zijn dan het kwadraat van het aantal fotonen dat in de laser is opgeslagen, " hij zei.

"Maar ze maakten aannames over hoe energie aan de laser wordt toegevoegd en hoe deze wordt vrijgegeven om de straal te vormen.

"De aannames waren toen logisch, en nog steeds van toepassing op de meeste lasers vandaag, maar ze zijn niet vereist door de kwantummechanica."

"In onze krant we hebben aangetoond dat de echte limiet die door de kwantummechanica wordt opgelegd, is dat de coherentie niet groter kan zijn dan de vierde macht van het aantal fotonen dat in de laser is opgeslagen, " zei universitair hoofddocent Dominic Berry, van de Macquarie-universiteit.

"Als het opgeslagen aantal fotonen groot is, zoals typisch het geval is, onze nieuwe bovengrens is veel groter dan de oude."

Maar kan deze nieuwe grens aan coherentie worden bereikt? "Ja, " zegt Dr. Nariman Saadatmand, een onderzoeker in de groep van professor Wiseman.

"Door numerieke simulatie hebben we een kwantummechanisch model gevonden voor een laser die de theoretische bovengrens voor coherentie bereikt, in een straal die anders niet te onderscheiden is van die van een conventionele laser."

Dus wanneer zullen we deze nieuwe superlasers zien? "Waarschijnlijk niet voor een tijdje, " zegt meneer Travis Baker, de Ph.D. student aan het project aan de Griffith University. "Maar we bewijzen wel dat het mogelijk zou zijn om onze echt kwantumbeperkte laser te bouwen met behulp van supergeleidende technologie. Dit is dezelfde technologie die wordt gebruikt in de huidige beste kwantumcomputers, en ons voorgestelde apparaat heeft mogelijk toepassingen op dat gebied."

"Ons werk roept veel interessante vragen op, zoals of het mogelijk zou zijn om energiezuinigere lasers te gebruiken, ' zei professor Wiseman. “Dat zou ook een groot voordeel zijn, dus we hopen dat in de toekomst te kunnen onderzoeken."