根據(jù)一項發(fā)表在《自然物理》雜志上的研究，兩組獨立物理學家團隊的研究成果挑戰(zhàn)了60年來對激光的普遍共識。

自從20世紀50年代第一臺激光器發(fā)明以來，物理學家們就一直按照量子力學對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，其工作原理是當相同頻率的光子入射進來以激發(fā)原子時，生成原始信號的副本。

在新的理論研究中，兩組物理學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際應用，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、幫助操縱自動駕駛汽車等。最近的發(fā)現(xiàn)可能會將單色激光加入這一行列中，并最終將其用于量子計算等應用。

不同于臺燈等隨機發(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——科學家將這種對齊方式稱為“同相”（in phase）。簡單地說，每個光子就像一個波，其波峰和波谷都與鄰近的波對齊。

要實現(xiàn)單色激光，光子需要更長的同步時間，這意味著它們的波長必須精確對齊。波長決定了光源的顏色，例如綠光的波長在500到550納米之間。

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

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

根據(jù)物理定律，科學家阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）和查爾斯·湯斯（Charles Townes）1958年估算了一臺性能極佳的激光器的相干時間。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。

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

由匹茲堡大學物理學家大衛(wèi)·佩克領導的研究團隊正在挑戰(zhàn)這一存在已久的理論。他們認為“肖洛-湯斯極限”并非最終極限。他們的基本假設是能夠開發(fā)出受“肖洛-湯斯極限”限制但相干性更強的激光器。

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閥門來控制激光器中的光子流速度。這些物理學家相信這將使激光的相干時間比之前預想的要長得多。

盡管該研究團隊認為肖洛和湯斯對激光器的相干性估算在當時是合理的，但量子技術現(xiàn)在已經(jīng)使物理學家能夠進一步優(yōu)化這一度量標準。

然而一些對這一新理論成果持批評意見的人認為，該設計方案理論上看似合理，但或許并不適用于實際商業(yè)應用。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”來指導其設計方案。

盡管如此，佩克團隊有信心將其全新的激光器設計方案帶進我們的生活。他們的目標是建造一種微波激射器（又稱脈澤，maser），用于在由超導電路組成的量子計算機中進行量子編程。但請記住，這一頗具野心的嘗試可能需要多年的長期研究并解決許多重大難題。

同行評審指出，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，該設計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。