Солнечный свет вместо лазера: квантовая запутанность стала доступнее
Квантовые технологии сегодня зависят от лазеров, которые потребляют много энергии. Исследователи показали, что квантовую запутанность фотонов можно получить напрямую из солнечного света. Работа опубликована в журнале Optica. С учётом разницы в ширине спектра результат сопоставим с лазерными методами. Об этом сообщает портал Phys.org.
Идея объединила теоретические разработки команды Роберта Бойда из Университета Оттавы и новый солнечный концентратор, созданный группой Хание Фаттахи из Института науки о свете Макса Планка в Германии. Автор статьи Чэн Ли, недавний выпускник Университета Оттавы, говорит, что запутанность важна для защищённой связи, сверхчувствительных сенсоров и высокопроизводительных вычислений. По его словам, работа открывает путь к более энергоэффективным и доступным квантовым технологиям.
Чтобы получить запутанность, исследователи использовали спонтанное параметрическое рассеяние — процесс, в котором фотон распадается на пару в нелинейном кристалле. Вместо лазера они взяли солнечный свет: сильно поляризованный, но хаотичный по направлению и цвету. Стеклянный концентратор, похожий на конус, собирает свет линзой размером с домашнее окно и фокусирует его в оптическое волокно толщиной с человеческий волос. Затем свет попадает на кристалл размером в миллиметр.
Эксперимент провели на открытом воздухе в Институте Макса Планка. С помощью квантовой томографии состояния учёные выяснили, что полученная запутанность на 94% совпадает с идеально запутанным состоянием. Фотоны также нарушали неравенство Белла, что доказывает отсутствие классического объяснения корреляций.
Работа опирается на более ранний результат группы Бойда: они показали, что и светодиод может создавать запутанные фотоны. В тот раз использовался некогерентный свет, и это опровергло прежние представления о том, что нужен только лазер. Теперь шаг вперёд — солнечный свет, который расходится и содержит множество цветов.
По словам Ли, технология в перспективе позволит спутникам создавать ключи шифрования прямо на орбите, используя солнечный свет и сокращая бортовое оборудование. Кроме того, солнечная генерация запутанности может помочь масштабировать квантовые вычисления без роста энергопотребления. Сейчас авторы работают над увеличением яркости и качества запутанности, чтобы довести разработку до полевого применения.
Ли признаётся, что идея с самого начала встречала сомнения, некоторые известные учёные спрашивали, возможно ли вообще зарегистрировать фотоны от такого процесса. Тем не менее расчёты подтвердились. Метод можно расширить и на другие нелинейные оптические процессы, например четырёхволновое смешение, что открывает новые направления в квантовой фо
