Фізики вперше отримали квантову заплутаність за допомогою звичайного сонячного світла

Вчені більше не вважають лазер обов’язковою умовою для отримання квантової заплутаності. Міжнародна команда фізиків у лабораторному експерименті продемонструвала, що звичайне сонячне світло здатне створювати пари квантово заплутаних фотонів.

Зазвичай для заплутаності фотони спрямовують лазерним променем крізь нелінійний кристал — там відбувається спонтанне параметричне розсіювання (SPDC), і на виході з’являються заплутані пари. Донедавна вважалося, що сонячне світло для цього непридатне: воно значно слабше й менш когерентне за лазер, а процес SPDC вважався надто вимогливим до стабільності фази випромінювання.

Дослідники з’ясували, що річ у різних типах когерентності світла: навіть якщо сонячне світло некогерентне за одними параметрами, воно може зберігати достатню когерентність за поляризацією — і цього виявилося достатньо. «Поки падаюче світло ідеально поляризоване, його просторова чи часова некогерентність не повинна заважати створенню поляризаційної заплутаності», — пояснив провідний автор дослідження Ченг Лі.

Головним інженерним викликом стала концентрація світла: сонячне випромінювання розсіяне по великій площі, а не зібране у вузький промінь, як лазер. Команда побудувала конічний скляний концентратор, що збирає світло з поверхні 1,4 квадратного метра і стискає його до товщини людської волосини, після чого через оптичне волокно спрямовує в кристал, де і запускається SPDC.

У лабораторних тестах система на сонячному світлі показала точність заплутаності на рівні 94% — результат, порівнянний із лазерними установками. За словами співавторки дослідження Ханіє Фаттахі, сонячне світло — це надійне джерело енергії, особливо в космосі, тож пряма генерація заплутаних фотонів із нього може дати простіші й стійкіші квантові системи для супутників і майбутніх далекокосмічних місій.

Практична вигода — енергетична: лазеру потрібно спершу перетворити електрику на світло, тоді як сонячне світло вже готове до використання, що потенційно спрощує обладнання й зменшує тепловиділення.