Tutkijat loivat kvanttikietoutumista auringonvalolla laserien sijaan

Ottawan yliopiston ja Max Planckin valotieteen instituutin tutkijat ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet, että luonnollinen auringonvalo voi tuottaa kvanttikietoutuneita fotoneja. Tämä poistaa tarpeen energiaa kuluttaville lasereille, joita on pitkään pidetty välttämättöminä tämän kvanttiteknologian kulmakiven tuottamisessa.

Optica-lehdessä julkaistut tulokset osoittavat, että auringonvalolla tuotettu kietoutunut tila saavutti noin 94 prosentin samankaltaisuuden täydellisen kietoutuneen tilan kanssa ja rikkoi Bellin epäyhtälön, joka on standarditesti kvanttikietoutumisen erottamiseksi klassisista korrelaatioista.bioengineer+1

Miten auringonvalo korvaa laserit

Koe perustuu spontaaniin parametriseen alasmuunnokseen (SPDC), prosessiin, jossa pumppufotoni saapuu epälineaariseen kiteeseen ja jakautuu toisinaan pariksi kietoutuneita, matalaenergiaisempia fotoneja. Perinteisesti laserit toimittavat pumppusäteen, koska niiden kapea kaistanleveys ja koherenssi tekevät prosessin hallinnasta helpompaa. Auringonvalo taas sisältää laajan kirjon värejä ja saapuu monista suunnista matalalla koherenssilla.

Keskeinen teoreettinen oivallus, Ottawan yliopistosta valmistuneen pääkirjoittaja Cheng Lin mukaan, oli se, että polarisaatiokietoutuminen riippuu vain valon värähtelysuunnan järjestyksestä, ei sen väristä tai spatiaalisesta koherenssista. "Suunnittelimme kokeellisen asetelmamme niin, että eri värien ja etenemissuuntien aiheuttamat erot eivät vaikuttaneet fotonien polarisaatioon", Li selitti Interesting Engineeringin raportoimassa lehdistötiedotteessa.interestingengineering

Auringonvalon keskittäminen millimetrin kokoiseen kiteeseen oli merkittävä tekninen haaste. Ryhmä käytti Max Planck -instituutin Hanieh Fattahin kehittämää aurinkokeskitintä, joka hyödyntää ikkunan kokoista Fresnel-linssiä ja kokonaan lasista valmistettua kartiota valon puristamiseksi ihmisen hiuksen paksuiseen optiseen kuituun. Ulkoilmakoe suoritettiin Max Planckin valotieteen instituutissa Erlangenissa, Saksassa.bioengineer+1

Vaikutukset avaruuteen ja energiaan

Demonstraatio avaa tien kvanttiviestintäjärjestelmille, jotka eivät vaadi satelliitteihin asennettuja lasereita tai niihin liittyviä virtalähteitä ja jäähdytyslaitteistoja. Satelliitit vastaanottavat jo valmiiksi voimakasta ja keskeytymätöntä auringonvaloa, mikä tekee niistä luonnollisia ehdokkaita tälle lähestymistavalle.

"Tämä teknologia voisi jonain päivänä mahdollistaa sen, että satelliitit luovat turvallisia salausavaimia käyttämällä avaruudessa jo valmiiksi runsasta auringonvaloa, mikä vähentää tarvetta satelliittien omille lasereille ja suurelle osalle tukilaitteistoa", Li sanoi. Konsepti voisi myös vähentää kvanttilaskenta- ja tunnistusjärjestelmien skaalaamiseen liittyvää energiakuormaa.interestingengineering+1

Tutkijat korostavat, että työ on edelleen konseptitodistus. Kirkkauden, vakauden ja kietoutumisen laadun parannuksia tarvitaan ennen kuin kenttäkäyttöön soveltuvasta laitteesta tulee käytännöllinen. Generointinopeudet saavuttivat noin 1 600 kietoutunutta paria sekunnissa pumpputehon milliwattia kohden, mikä on verrattavissa laserpumpattuun SPDC-prosessiin, kun se normalisoidaan tehollisen vaihesovituksen kaistanleveyden suhteen, kertoo Quantum Zeitgeist. Ryhmän mukaan lähestymistapaa voidaan soveltaa muihinkin epälineaarisiin optisiin prosesseihin, mikä viittaa siihen, että valonlähteet, joita aiemmin pidettiin liian epäjärjestyksessä olevina kvanttikokeisiin, voisivat muuttua käytännöllisiksi kvanttiresursseiksi.bioengineer+1