Солнце заменило лазер: физики нашли новый способ создавать квантовую запутанность

Оказалось, запутанные фотоны можно получать с помощью обычного солнечного света.

Исследователи из Оттавского университета и Института науки о свете Макса Планка впервые получили запутанные фотоны с помощью обычного солнечного света. Прежде для этого использовались лазерные установки, направляя их излучение через специальный кристалл.

Лазерный свет отличается высокой упорядоченностью: его волны синхронизированы и имеют заданную длину. Солнечное излучение, напротив, состоит из множества волн, движущихся в разных направлениях, поэтому долгое время его считали неподходящим для создания запутанных фотонов.

Для концентрации солнечного света исследователи создали стеклянное устройство конической формы: оно собирало излучение с крупной линзы Френеля и направляло его в тонкое оптическое волокно, связанное с кристаллом размером в несколько миллиметров.

Установку закрепили на подвижной платформе, поворачивавшейся вслед за Солнцем. Испытания проходили в течение трех дней. Полученные пары фотонов соответствовали идеальному запутанному состоянию с точностью около 94%. Ученые зафиксировали нарушение неравенства Белла, подтверждающее квантовую природу наблюдаемого эффекта.

Результат немного уступил показателям лучших лазерных источников запутанных фотонов. Ученые связывают разницу с искажениями в оптических компонентах, слабым солнечным светом и облачностью. Предполагается, что модернизация оборудования позволит повысить яркость источника и качество запутанности.

В перспективе системы такого рода смогут генерировать квантовые ключи шифрования на спутниках, используя обычный солнечный свет. Технология также способна снизить энергозатраты: лазерные установки в этом плане гораздо энергозатратнее.