Vědci generují kvantové provázání pomocí slunečního světla místo laserů

Výzkumníci z Ottawské univerzity a Institutu Maxe Plancka pro vědu o světle poprvé prokázali, že přirozené sluneční světlo může generovat kvantově provázané fotony, čímž se eliminuje potřeba energeticky náročných laserů, které byly dlouho považovány za nezbytné pro produkci tohoto základního kamene kvantových technologií.

Výsledky, publikované v časopise Optica, ukazují, že provázaný stav generovaný slunečním světlem dosáhl přibližně 94procentní podobnosti s dokonale provázaným stavem a porušil Bellovu nerovnost – standardní test rozlišující kvantové provázání od klasických korelací.bioengineer+1

Jak sluneční světlo nahrazuje lasery

Experiment spoléhá na spontánní parametrickou sestupnou konverzi (SPDC), proces, při kterém čerpací foton vstupuje do nelineárního krystalu a příležitostně se štěpí na pár provázaných fotonů s nižší energií. Tradičně dodávají čerpací paprsek lasery, protože jejich úzká šířka pásma a koherence usnadňují kontrolu procesu. Sluneční světlo naproti tomu obsahuje široké spektrum barev a přichází z mnoha směrů s nízkou koherencí.

Klíčový teoretický vhled, podle prvního autora Chenga Li, čerstvého absolventa Ottawské univerzity, spočíval v tom, že polarizační provázání závisí pouze na uspořádanosti směru kmitání světla – nikoliv na jeho barvě nebo prostorové koherenci. „Navrhli jsme naše experimentální uspořádání tak, aby rozdíly způsobené různými barvami a směry šíření neovlivňovaly polarizaci fotonů,“ vysvětlil Li v tiskové zprávě, o které informoval server Interesting Engineering.interestingengineering

Fokusování slunečního světla na milimetrový krystal představovalo velkou inženýrskou výzvu. Tým použil solární koncentrátor vyvinutý Hanieh Fattahi z Institutu Maxe Plancka, který využívá Fresnelovu čočku o velikosti okna a celoskleněný kužel ke stlačení světla do optického vlákna o šířce zhruba lidského vlasu. Venkovní experiment byl proveden v Institutu Maxe Plancka pro vědu o světle v německém Erlangenu.bioengineer+1

Důsledky pro vesmír a energetiku

Tato demonstrace otevírá cestu ke kvantovým komunikačním systémům, které nevyžadují palubní lasery ani jejich související napájecí zdroje a chladicí hardware. Satelity již přijímají intenzivní, nepřerušované sluneční světlo, což z nich dělá přirozené kandidáty pro tento přístup.

„Tato technologie by jednoho dne mohla satelitům umožnit vytvářet bezpečné šifrovací klíče pomocí slunečního světla, které je ve vesmíru již hojně dostupné, čímž by se snížila potřeba palubních laserů a velké části podpůrného hardwaru,“ řekl Li. Tento koncept by také mohl snížit energetickou zátěž při škálování systémů kvantových počítačů a senzorů.interestingengineering+1

Výzkumníci zdůrazňují, že práce zůstává důkazem principu. Předtím, než se zařízení použitelné v terénu stane praktickým, je třeba zlepšit jas, stabilitu a kvalitu provázání. Rychlost generování dosáhla přibližně 1 600 provázaných párů za sekundu na miliwatt čerpacího výkonu – což je podle Quantum Zeitgeist srovnatelné s laserem čerpaným SPDC při normalizaci vůči efektivní šířce pásma fázového přizpůsobení. Tým uvádí, že přístup se může rozšířit na další nelineární optické procesy, což naznačuje, že světelné zdroje, které byly kdysi považovány za příliš neuspořádané pro kvantové experimenty, by se mohly stát praktickými kvantovými zdroji.bioengineer+1