Возможно ли сконцентрировать тепловую и световую энергию Солнца с нескольких кв. км в тоненький луч?

Теоретически - да, практически - нет. Хотя даже теоретически тоже вряд ли. Дело в том что Солнце не является точечным источником энергии. С помощью зеркал невозможно сконцентрировать солнечные лучи в тонкий строго параллельный луч.

Если бы современная техника позволяла, давно бы уже сделали

Зависит от того, с какого момента его называть тоненьким.
Зеркала ради такого дела можно изготовить и безаберрационные. Главное, чтобы материал выдержал нагрев (скорее всего, потребуется охлаждение) .
А вообще проще использовать эту энергию для накачки лазера (или лазеров) - он и даст слаборасходящийся пучок.

при помощи зеркал можно только сфокусировать, а собрать в луч можно при помощи линз. строительство и эксплуатация всего комплекса зеркал и линз будет намного дороже полученной при этом энергии. про такие проекты говорят: овчинка выделки не стоит.

только это будет не луч, а конус, на больших расстояниях все равно будет расходиться. А в атмосфере еще быстрее разойдется из-за нагрева воздуха и неоднородности атмосферы.