研发军用级量子激光！美国DARPA加码布局量子武器

如同二战时原子弹诞生的划时代意义一样，量子技术武器的研发被美国视为重中之重。量子技术被认为可能改变未来世界军事力量平衡。

其中，量子激光武器是量子技术武器中应用于军事领域的重要部分。5月14日，美国国防高级研究计划局（DARPA）已拨款100万美元，用于资助军用级量子激光器原型的开发，该激光器利用量子物理的独特特性来克服其他先进技术所遇到的扩散和数据丢失问题，旨在利用纠缠技术实现强大的长距离激光器。这可能会彻底改变通信和成像领域的应用，提供前所未有的功能。

量子激光武器是依靠量子点发射激光的武器，由于这样的武器需要建立在超强功率的激光器上，所以在研发方面就要对超强功率的固体激光器有着非常高的要求。

此次获得DARPA资助的圣路易斯华盛顿大学团队表示，他们的目标是利用量子力学中被称为量子纠缠的一个方面来帮助军事领域中，通信激光器和用于监视的激光器在极端温度、浓雾或极长距离下运行。

研究团队负责人Jung-Tsung Shen是Preston M. Green电气与系统工程系的副教授，他正在开发量子光子二聚体激光器的原型。利用DARPA所资助的这笔资金，Shen将实施他所实验的双色光子二聚体激光技术，其中仔细控制的光粒子对或光子二聚体用于产生强大且集中的光束或激光。量子光子二聚体激光器利用量子效应将两个光子结合在一起，从而提高其能量和效率。

图片来源：Jung-Tsung Shen，使用DALL.E和Affinity Designer）

“光子在旅行时编码信息，但穿过大气层的旅行对它们来说非常有害，”Shen说。“当两个光子结合在一起时，它们仍然会受到大气的影响，但它们可以互相保护，从而仍然可以保留一些相位信息。”

也就是说，光子或代表光量子的粒子传播速度非常快并且不携带电荷，因此很难让它们彼此相互作用并操纵它们。Shen 的实验室发现，当他利用量子力学的力量将两个不同颜色的光子“粘合”在一起形成光子二聚体时，它们呈现出蓝色光子的行为，二聚体中两个光子之间的纠缠可能会彻底改变通信和成像领域的应用，提供前所未有的功能。

Shen的团队包括研究生Qihang Liu和德克萨斯农工大学量子科学与工程研究所的研究人员，他们正在开发量子光子二聚体激光的方法，该方法将以每秒100万对的速度创建不同状态的双色二聚体，这是以前从未见过的速度。

Shen认为，这个项目的独特之处在于它双重关注生成这些新颖的强相关量子光子态，并开发用于有效检测的理论框架和先进算法，这可能会彻底改变量子成像和通信。

针对于量子激光武器研发的研发，世界上很多大国都在进行并取得了卓越的成果。值得兴奋的是，2017年，中国在量子激光武器上有了重大突破。根据资料显示，中国新研制的量子激光武器由超强功率激光器发出的激光束，可以实现在3000千米远的距离上获得每平方厘米35K焦耳的能量密度，杀伤能力已经超过导弹，甚至还高出一个数量级，最为可怕的是该量子激光武器有效杀伤距离超过30000千米。如果未来装备服役，那可是一个非常可怕的大杀器。

关于：Jung-Tsung Shen （沉荣宗）是圣路易斯华盛顿大学电气与系统工程和物理学Das Family职业发展杰出副教授，领导量子纳米光子学小组。他获得了博士学位。麻省理工学院物理学博士，曾在斯坦福大学电气工程系和金兹顿实验室担任博士后研究员。他的目标是应用物理原理来深入了解工程问题，除了量子纳米光子学之外，他的团队还研究工程光学材料；在超材料领域，他开创了折射率和光学非线性的非凡增强机制以及超快光开关的操作。Shen博士曾获得NSF职业奖、NSF Quantum RAISE奖、Chan Zuckerberg深层组织成像奖、贝尔实验室研究生奖学金和华盛顿大学企业家奖。

于1958年设立的美国国防部高级研究项目局（DARPA）被誉为增强美军军事能力的“技术解决方案”提供者。

图片来源：DARPA

作为保持美国军事技术领先地位的“防务技术引擎”，DARPA围绕“避免技术突袭并谋求对敌方的技术突袭”，不断从顶层制定科技规划，支持能“改变游戏规则”的高风险、高回报技术研发，取得了许多重大创新成就。将量子技术应用于高精尖武器的研发是DARPA早就在布局规划的一个项目。

DARPA的各种量子项目可追溯到2000年代初，其重点之一是在量子传感和量子信息科学研究领域之间架起桥梁，而这两个领域在传统上是各自为政的。DARPA帮助将这些研究团体汇聚在一起，推动人们了解如何以极高的精度控制和操纵量子态。

早在2007年，美国国防高级研究计划局（DARPA）就将量子科技作为核心技术基础列入其战略规划，并在2015年设定的战略投资领域中将量子物理学列为三大前沿技术之一，尤其是DARPA启动的“微型曼哈顿计划”，将研究量子芯片提升到与研制原子弹同等重要的高度。

DARPA还在“2013—2017年科技发展五年计划”将量子信息和量子调控列为美国军方六大颠覆性基础研究领域之一，认为其未来将对美军战略需求和军事行动产生深远影响。

而在2019至2023近五年的国防科研经费预算中，DARPA显著增加了对量子技术、微电子、高超声速和人工智能等新兴技术领域的投资。

DARPA的经费预算不仅反映了对颠覆性技术的关注，还体现了该机构在国防科研活动中的另一特点：强调知识链、创新链和产业链的无缝集成。DARPA积极促进与工业界和各军兵种的合作，以加速研究成果的转化应用，从而快速提升美军的作战能力。通过这种跨领域、跨部门的合作模式，DARPA能够确保研究成果不仅停留在实验室阶段，而是能够转化为实际的军事能力和战术优势。

参考链接:
[1]https://thedebrief.org/darpa-funding-military-grade-quantum-laser-prototype/

[2]https://source.wustl.edu/2024/05/quantum-physics-may-help-lasers-see-through-fog-aid-in-surveillance/

[3]https://www.eurekalert.org/news-releases/1044463

[4]https://itech.ifeng.com/44707092/news.shtml

[5]https://quantum.ustc.edu.cn/web/index.php/node/846

[6]http://www.81.cn/gfbmap/content/2021-07/06/content_293439.htm

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021arXiv210312548K/abstract