中东有石油，中国有稀土，稀土不会用，那才叫命苦！我们继续讲中国稀土应用系列，讲一讲稀土在尖端科技激光武器、光纤通讯和量子计算中的应用。
镧铈镨钕钷钐铕，钆铽镝钬铒铥镱镥，是稀土的十五个主要成员，今天重点介绍老十二铒元素和十四弟镱元素。铒元素和它的几个兄弟姐妹钕、铥、镱、镨、钬等元素都可以在激光领域应用。其中铒和镱的应用最广泛，题目用铒代替，也是取耳目的谐音，与激光呼应。下面简单介绍一下三个方面的应用：
一、激光武器
先说激光武器，可以说这是未来的战争武器。由于激光武器攻击速度快，发射成本低，可以自由调节打击效果等优势，成为各国研发的重点。所谓攻击速度快，相对于普通武器来说，一方面是子弹速度快，激光以光速打击对手，不管多快的导弹，面对激光都无法闪躲，只有乖乖被烧毁的命运；另一方面，是发射间隔时间短，两次发射之间只需要0.5秒甚至更短，即使面对多发导弹的进攻，也可以从容应对。
发射成本低，是因为激光武器消耗的是电能，无需制造复杂的子弹。烧穿一架低空无人机，理论上只需要几十块钱，最多不过几百块人民币。实际使用，就算花费翻个几十倍、几百倍，能拦截一枚20万美元甚至更贵的美国导弹，也是可以接受的，反正能让对手亏到吐血。
所谓自由调节打击效果，就是同一个发射系统既可以低功率发射使敌方人员短暂失明，也可以高功率发射把对手的导弹、坦克、轮船等武器烧毁。因此，激光武器也被称为未来武器，但是眼下来说，激光武器有一个最大的克星——雾霾！俗话说雾霾防激光嘛！
美国早在上个世纪就开始了激光武器的相关研究。本世纪初，美军对激光武器的研发重点从传统激光器迁移到了光纤激光器上，通过多年的研发，目前已经生产出了多款可以应用于实战的光纤激光武器。光纤激光武器，顾名思义，其激光发生器是光纤，光纤的主要成分是石英，但只有石英是无法产生激光的，必须要有秘密佐料。这种秘密佐料就是我们刚刚提到的几种稀土元素，其中铒元素和镱元素是应用最多的元素。掺入了铒元素的光纤，就有了产生激光的神奇功能，当然必须还要有能量输入装置，术语叫做泵浦源，再加上一个光学谐振腔就可以组成光纤激光器了。
光纤激光器组成的激光武器，具有能量转化效率高、结构质量小、散热性能好等优点。所谓能量转化效率高，是相对于传统激光器来说的，光纤激光器能量转化效率能达到30%以上，比传统激光器的效率至少高一倍。节能省电的激光器显然更有实战优势。结构质量小，意味着光纤激光器更容易做到小型化，也就是更加便携，适合飞机携带甚至是单兵作战使用。散热性能好，意味着激光武器不需要额外增加复杂的冷却装置，简化激光武器结构。美国研发的8kW光纤激光器，已经可以烧毁5千米以外的无人机，更高功率更远射程的激光武器也进行了多次烧毁目标的试验，而几百千瓦的光纤激光武器也已经列入研究重点，将来应用于防空任务。
中国的激光武器研究，虽然不如美俄等国行动早，也不如他们研究全面，但中国的激光武器研发进展很快，并不比美国落后多少，甚至有些领域领先于美国。我国已经公开推出了多款可以实战的激光武器，比较有名的是“沉默猎手”低空战术激光防御系统，已经可以达到30kW以上的发射功率了，而且是对外销售的型号。至于未公开的和在研的激光武器达到什么程度，很值得国人期待！
二、光纤通信
再说说光纤通讯的事。我们现在几乎家家户户都在使用宽带互联网，得益于光纤的使用，我们上网的速度越来越快。现在我们可以轻松在线观看高清视频，但上世纪末本世纪初，很多人经历过打开一个网页、观看一个图片都得等待十多分钟半个小时的痛苦经历，有时比大家用2G网络上网还要慢。网速的不断提升，得益于光纤网络的迅速普及，而光纤之所以能带来这么强的带宽又得益于稀土元素的使用。
光纤的主要成分是石英玻璃，我们可以简单理解成特别厚的玻璃。对于玻璃我们都有经验，一层玻璃透光很好，两层玻璃也还不错，但我们能透过十层玻璃看清对面吗？百层呢？千层呢？光纤的长度可是远远超过千层玻璃的厚度的！光纤之所以能顺利传播光线，除了本身透光性很好以外，还要有稀土元素的增强效应。
光纤信号增强就像是学校教育，原始信号就像老师，有知识、有技能，但不能长生不老。增强装置就像学校，通过招生，引进大量学生，老师把知识教给学生，学生就可以变成老师一样的专业人士，把知识和技能发扬下去。铒元素在光纤里充当的就是教室的作用，老师在教室里完成对学生的教育活动。但学生也有老的一天，如果不做好传承，还是会把知识和技能丢掉。那就要求定期招生，不断传承。
光纤也是一样，不可能做到一束光线沿着一条光纤从美国直接传到中国，中间必须不断加强信号。实际上，光纤每隔50公里左右就得做一次信号增强，也就是至少每隔50公里就要安装一个信号增强器，专业上也叫泵浦源。这个信号增强器，简单理解就是把电能转变成光能的一个激光装置，负责给光纤招生，光纤中的稀土充当教室，原来的光信号充当老师，大家通力协作完成光信号的增强和传承。信号增强器需要用电才能工作，所以海底光缆不仅仅是一条光缆，还要伴随着一条电缆随时供电。就这样，一个网络信号从美国发出，经过光纤传播，每过50公里左右增强一次，穿过太平洋，总长度三万公里左右，登陆后经过运营商的增强和分发，最后才来到我们的电脑或手机上。
中国光纤的产量占据世界总产量的六成左右，随着5G建设的开展和新基建的推动，国内光纤企业的市场份额还会越来越大。
三、量子计算
接下来说稀土铒元素在量子计算机的应用。量子计算机，目前还处于研发阶段，现在所有的量子计算机都还只是雏形，与未来真正的通用量子计算机相差还比较遥远。量子计算机有很多种实现方式，目前在研究的也有十几种，其中光学量子计算机是比较成熟的一种。、
光学量子计算机，中国的研究进度比较领先，著名的潘建伟团队在这方面的工作一直比较出色，处于世界领先地位。光学量子计算机，利用光子的量子效应进行信息的存储和计算，其中光子的产生实际上是要用激光器的，而激光的产生要用到含稀土元素的物质，主要是铒或镱。
需要说一句，其他类型的量子计算机，主要是美国比较领先，但中国也不是远远落后，研发进度也就是前后脚的事。其他类型量子计算机，虽然不用光子来进行计算，但是量子信息的交流与传播依然需要靠光子，也就需要光纤，需要稀土。2018年，中国科技大学和阿里巴巴合作推出了11比特的超导量子云计算平台，成为美国IBM公司的平台以外，第二个面向公众开放的超过10比特的量子云计算平台。
可以说，我国的量子计算技术正在紧跟世界研发动态，还有自己独到的优势，未来前景非常可观。同时，我国潘建伟院士发展出的量子通讯技术，世界领先，其信息传播，也要有光纤的参与。
四、其他应用
其实，铒元素制作的光纤激光器，除了可以在军事领域使用以外，在美容行业也有广泛应用，比如消除疤痕雀斑等的激光器，还有在牙科上也有所应用。至于激光的应用场合，有激光定位、测距、遥感、制导、成像、雕刻、切割、焊接等领域，实在太多，这里就不一一列举了。总之，铒元素的应用场合是非常多，而且很重要的。
最后说一下，美国对中国的高科技发展不是限制就是围堵，生怕中国超过美国。但是，在这样的围追堵截之下，我国的很多高科技领域还是发展起来了。尤其是激光领域，我国不仅没有被落下，反而发展得很好。像汽车、飞机、芯片等传统领域，由于起步太晚，没有参与到相关标准的制定中，也没有在核心技术和核心专利上做到足够的积累，后期追赶起来确实很吃力。但对于新兴领域，中国的科学研究工作一直紧跟世界前沿，还有很多自己独到的研究方向，不会轻易被西方国家甩下，而且很容易出现超过西方率先发展的实例。面对需要应用稀土的激光领域，美国就很难对中国进行技术封锁。未来的发展前景非常乐观！
中国在高科技领域的发展，需要大量基础研究的人才，像数学家、物理学家、化学家、生物学家等。这也正是国家教育部推出强基计划的重要原因。希望我们的家长重视孩子的教育，让孩子们都树立远大的科学目标，为国家之富强而学习！
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