Επιστήμονες δημιουργούν κβαντική διεμπλοκή χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου αντί για λέιζερ

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Οτάβα και στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Επιστήμη του Φωτός απέδειξαν για πρώτη φορά ότι το φυσικό ηλιακό φως μπορεί να παράγει κβαντικά διεμπλεγμένα φωτόνια, καταργώντας την ανάγκη για ενεργοβόρα λέιζερ που θεωρούνταν εδώ και καιρό απαραίτητα για την παραγωγή αυτού του θεμελιώδους στοιχείου της κβαντικής τεχνολογίας.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Optica, δείχνουν ότι η διεμπλεγμένη κατάσταση που δημιουργήθηκε από το ηλιακό φως πέτυχε ομοιότητα περίπου 94 τοις εκατό με μια τέλεια διεμπλεγμένη κατάσταση και παραβίασε την ανισότητα του Bell, το καθιερωμένο τεστ που διακρίνει την κβαντική διεμπλοκή από τις κλασικές συσχετίσεις.bioengineer+1

Πώς το ηλιακό φως αντικαθιστά τα λέιζερ

Το πείραμα βασίζεται στην αυθόρμητη παραμετρική κάτω μετατροπή (SPDC), μια διαδικασία κατά την οποία ένα φωτόνιο αντλίας εισέρχεται σε έναν μη γραμμικό κρύσταλλο και περιστασιακά διασπάται σε ένα ζεύγος διεμπλεγμένων φωτονίων χαμηλότερης ενέργειας. Παραδοσιακά, τα λέιζερ παρέχουν τη δέσμη αντλίας επειδή το στενό εύρος ζώνης και η συνοχή τους καθιστούν τη διαδικασία ευκολότερη στον έλεγχο. Το ηλιακό φως, αντίθετα, περιέχει ένα ευρύ φάσμα χρωμάτων και φτάνει από πολλές κατευθύνσεις με χαμηλή συνοχή.

Η βασική θεωρητική διορατικότητα, σύμφωνα με τον πρώτο συγγραφέα Cheng Li, πρόσφατο απόφοιτο του Πανεπιστημίου της Οτάβα, ήταν ότι η διεμπλοκή πόλωσης εξαρτάται μόνο από την τάξη στην κατεύθυνση ταλάντωσης του φωτός και όχι από το χρώμα ή τη χωρική συνοχή του. "Σχεδιάσαμε την πειραματική μας διάταξη έτσι ώστε οι διαφορές που εισάγονται από τα διαφορετικά χρώματα και τις κατευθύνσεις διάδοσης να μην επηρεάζουν την πόλωση των φωτονίων", εξήγησε ο Li σε δελτίο τύπου που ανέφερε το Interesting Engineering.interestingengineering

Η εστίαση του ηλιακού φωτός σε έναν κρύσταλλο μεγέθους χιλιοστού αποτέλεσε μια σημαντική μηχανική πρόκληση. Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν ηλιακό συγκεντρωτή που αναπτύχθηκε από την Hanieh Fattahi στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ, ο οποίος χρησιμοποιεί έναν φακό Fresnel μεγέθους παραθύρου και έναν κώνο από γυαλί για να συμπιέσει το φως σε μια οπτική ίνα περίπου στο πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. Το πείραμα σε εξωτερικό χώρο διεξήχθη στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Επιστήμη του Φωτός στο Έρλανγκεν της Γερμανίας.bioengineer+1

Επιπτώσεις για το διάστημα και την ενέργεια

Η επίδειξη ανοίγει τον δρόμο για συστήματα κβαντικής επικοινωνίας που δεν απαιτούν ενσωματωμένα λέιζερ ή τα σχετικά τροφοδοτικά και τον εξοπλισμό ψύξης τους. Οι δορυφόροι δέχονται ήδη έντονο, αδιάκοπο ηλιακό φως, γεγονός που τους καθιστά φυσικούς υποψηφίους για αυτή την προσέγγιση.

"Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε μια μέρα να επιτρέψει στους δορυφόρους να δημιουργούν ασφαλή κλειδιά κρυπτογράφησης χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως που είναι ήδη άφθονο στο διάστημα, μειώνοντας την ανάγκη για ενσωματωμένα λέιζερ και μεγάλο μέρος του υποστηρικτικού εξοπλισμού", δήλωσε ο Li. Η ιδέα θα μπορούσε επίσης να μειώσει το ενεργειακό βάρος της κλιμάκωσης των συστημάτων κβαντικής υπολογιστικής και ανίχνευσης.interestingengineering+1

Οι ερευνητές τονίζουν ότι η εργασία παραμένει μια απόδειξη αρχής. Απαιτούνται βελτιώσεις στη φωτεινότητα, τη σταθερότητα και την ποιότητα της διεμπλοκής προτού καταστεί πρακτική μια συσκευή έτοιμη για χρήση στο πεδίο. Τα ποσοστά παραγωγής έφτασαν περίπου τα 1.600 διεμπλεγμένα ζεύγη ανά δευτερόλεπτο ανά milliwatt ισχύος αντλίας, συγκρίσιμα με την SPDC που αντλείται από λέιζερ όταν κανονικοποιείται έναντι του αποτελεσματικού εύρους ζώνης αντιστοίχισης φάσης, σύμφωνα με το Quantum Zeitgeist. Η ομάδα αναφέρει ότι η προσέγγιση μπορεί να επεκταθεί και σε άλλες μη γραμμικές οπτικές διαδικασίες, υποδηλώνοντας ότι πηγές φωτός που κάποτε απορρίπτονταν ως πολύ ακατάστατες για κβαντικά πειράματα θα μπορούσαν να γίνουν πρακτικοί κβαντικοί πόροι.bioengineer+1