Mokslininkai sugeneravo kvantinę susietį naudodami saulės šviesą, o ne lazerius

Otavos universiteto ir Maxo Plancko šviesos mokslo instituto tyrėjai pirmą kartą pademonstravo, kad natūrali saulės šviesa gali generuoti kvantiškai susietus fotonus, todėl nebereikia daug energijos vartojančių lazerių, kurie ilgą laiką buvo laikomi būtinais šiam kvantinių technologijų pagrindui.

Rezultatai, paskelbti žurnale Optica, rodo, kad saulės šviesos sugeneruota susieta būsena pasiekė maždaug 94 procentų panašumą į tobulai susietą būseną ir pažeidė Bello nelygybę – standartinį testą, skiriantį kvantinę susietį nuo klasikinių koreliacijų.bioengineer+1

Kaip saulės šviesa pakeičia lazerius

Eksperimentas remiasi spontaniniu parametriniu žemyniniu keitimu (SPDC) – procesu, kurio metu siurblio fotonas patenka į netiesinį kristalą ir kartais suskyla į susietų mažesnės energijos fotonų porą. Tradiciškai lazeriai tiekia siurblio spindulį, nes jų siauras dažnių ruožas ir koherencija palengvina proceso valdymą. Saulės šviesa, priešingai, turi platų spalvų spektrą ir sklinda iš daugelio krypčių su maža koherencija.

Pagrindinė teorinė įžvalga, pasak pirmojo autoriaus Cheng Li, neseniai baigusio Otavos universitetą, buvo ta, kad poliarizacijos susietumas priklauso tik nuo šviesos svyravimo krypties tvarkingumo, o ne nuo jos spalvos ar erdvinės koherencijos. „Mes suprojektavome savo eksperimentinę sąranką taip, kad skirtingų spalvų ir sklidimo krypčių įvesti skirtumai neturėtų įtakos fotonų poliarizacijai“, – pranešime spaudai, kurį citavo Interesting Engineering, paaiškino Li.interestingengineering

Saulės šviesos fokusavimas į milimetro dydžio kristalą kėlė didelį inžinerinį iššūkį. Komanda panaudojo saulės koncentratorių, kurį sukūrė Hanieh Fattahi iš Maxo Plancko instituto; jame naudojamas lango dydžio Frenelio lęšis ir stiklinis kūgis, skirtas šviesai suspausti į maždaug žmogaus plauko pločio optinį pluoštą. Lauko eksperimentas buvo atliktas Maxo Plancko šviesos mokslo institute Erlangene, Vokietijoje.bioengineer+1

Poveikis kosmosui ir energetikai

Ši demonstracija atveria kelią kvantinių ryšių sistemoms, kurioms nereikia borto lazerių ar su jais susijusių maitinimo šaltinių bei aušinimo įrangos. Palydovai jau dabar gauna intensyvią, nenutrūkstamą saulės šviesą, todėl jie yra natūralūs kandidatai šiam metodui.

„Ši technologija vieną dieną galėtų leisti palydovams kurti saugius šifravimo raktus naudojant kosmose jau esančią saulės šviesą, sumažinant poreikį borto lazeriams ir didelei daliai pagalbinės įrangos“, – sakė Li. Ši koncepcija taip pat galėtų sumažinti energijos sąnaudas plečiant kvantinio skaičiavimo ir jutimo sistemas.interestingengineering+1

Tyrėjai pabrėžia, kad tai vis dar yra principo įrodymas. Prieš tampant praktiškai pritaikomu įrenginiu, reikia pagerinti ryškumą, stabilumą ir susietumo kokybę. Generavimo greitis pasiekė maždaug 1 600 susietų porų per sekundę vienam milivatui siurblio galios – tai, pasak Quantum Zeitgeist, yra palyginama su lazeriu pumpuojamu SPDC, normalizuotu pagal efektyvų fazių suderinimo dažnių ruožą. Komanda teigia, kad šis metodas gali būti taikomas ir kitiems netiesiniams optiniams procesams, o tai rodo, kad šviesos šaltiniai, kurie anksčiau buvo atmesti kaip per daug netvarkingi kvantiniams eksperimentams, gali tapti praktiniais kvantiniais ištekliais.bioengineer+1