根據(jù)一項(xiàng)發(fā)表在《自然物理》雜志上的研究，兩組獨(dú)立物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)的研究成果挑戰(zhàn)了60年來對(duì)激光的普遍共識(shí)。

自從20世紀(jì)50年代第一臺(tái)激光器發(fā)明以來，物理學(xué)家們就一直按照量子力學(xué)對(duì)激光顏色的純度限制來制造激光器。激光（LASER）是“受激輻射光放大”的縮寫，其工作原理是當(dāng)相同頻率的光子入射進(jìn)來以激發(fā)原子時(shí)，生成原始信號(hào)的副本。

在新的理論研究中，兩組物理學(xué)家提出一種解決方案來繞過這一存在已久的限制。

激光在我們的日常生活中已有了一些實(shí)際應(yīng)用，如矯正視力、讀取食品雜貨店條形碼、蝕刻電腦芯片、從月球傳輸視頻文件、幫助操縱自動(dòng)駕駛汽車等。最近的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)將單色激光加入這一行列中，并最終將其用于量子計(jì)算等應(yīng)用。

不同于臺(tái)燈等隨機(jī)發(fā)射和散射光子的傳統(tǒng)光源，激光中光子的傳播彼此同步，以相同的相位射出激光——科學(xué)家將這種對(duì)齊方式稱為“同相”（in phase）。簡(jiǎn)單地說，每個(gè)光子就像一個(gè)波，其波峰和波谷都與鄰近的波對(duì)齊。

要實(shí)現(xiàn)單色激光，光子需要更長(zhǎng)的同步時(shí)間，這意味著它們的波長(zhǎng)必須精確對(duì)齊。波長(zhǎng)決定了光源的顏色，例如綠光的波長(zhǎng)在500到550納米之間。

前面提到的激光光子的同步被稱為時(shí)間相干性（temporal coherence），這種超快而又穩(wěn)定的頻率將保證激光設(shè)備能用于精密儀器。

然而，傳統(tǒng)激光器的問題是，光子在離開激光器后會(huì)逐漸失去同步，而它們保持同步的時(shí)間被稱為激光器的相干時(shí)間。

根據(jù)物理定律，科學(xué)家阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）和查爾斯·湯斯（Charles Townes）1958年估算了一臺(tái)性能極佳的激光器的相干時(shí)間。這被稱為“肖洛-湯斯極限”（Schawlow-Townes limit），最終成為之后幾十年研發(fā)激光器的基準(zhǔn)。

“原則上，我們應(yīng)該能制造出相干性強(qiáng)得多的激光器?！薄紫芯繂T大衛(wèi)·佩克（David Pekker）

由匹茲堡大學(xué)物理學(xué)家大衛(wèi)·佩克領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)正在挑戰(zhàn)這一存在已久的理論。他們認(rèn)為“肖洛-湯斯極限”并非最終極限。他們的基本假設(shè)是能夠開發(fā)出受“肖洛-湯斯極限”限制但相干性更強(qiáng)的激光器。

與之前的理論將激光器視為有光的中空盒子、光子復(fù)制和離開的速度與盒子里的光量成正比不同，最新的研究提出在激光器上安設(shè)閥門來控制激光器中的光子流速度。這些物理學(xué)家相信這將使激光的相干時(shí)間比之前預(yù)想的要長(zhǎng)得多。

盡管該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為肖洛和湯斯對(duì)激光器的相干性估算在當(dāng)時(shí)是合理的，但量子技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)使物理學(xué)家能夠進(jìn)一步優(yōu)化這一度量標(biāo)準(zhǔn)。

然而一些對(duì)這一新理論成果持批評(píng)意見的人認(rèn)為，該設(shè)計(jì)方案理論上看似合理，但或許并不適用于實(shí)際商業(yè)應(yīng)用。以目前的激光器制造商為例，它們大多數(shù)都不采用“肖洛-湯斯極限”來指導(dǎo)其設(shè)計(jì)方案。

盡管如此，佩克團(tuán)隊(duì)有信心將其全新的激光器設(shè)計(jì)方案帶進(jìn)我們的生活。他們的目標(biāo)是建造一種微波激射器（又稱脈澤，maser），用于在由超導(dǎo)電路組成的量子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行量子編程。但請(qǐng)記住，這一頗具野心的嘗試可能需要多年的長(zhǎng)期研究并解決許多重大難題。

同行評(píng)審指出，這一最新研究或許將重新定義激光的含義。就像2012年發(fā)明的超輻射激光器一樣，該設(shè)計(jì)方案也與激光的傳統(tǒng)定義相矛盾，它們不通過所謂的受激發(fā)射產(chǎn)生光，因此激光（LASER）首字母縮寫中的“s”和“e”就不再合適了。