Солнце заменило лазер: физики научились создавать запутанные фотоны с помощью обычного света

Физики запутали фотоны, используя в качестве источника энергии солнечный свет. Результаты эксперимента, опубликованные в журнале Optica, показывают, что для создания квантовых состояний не обязательно использовать энергозатратные лазеры.

Традиционно для запутывания частиц применяют высококогерентное излучение — свет с синхронизированными волнами и предсказуемыми паттернами. Группа под руководством профессора Роберта В. Бойда ранее доказала, что некогерентный (неупорядоченный) свет также способен создавать квантовую запутанность. В новом опыте ученые подтвердили: даже если свет неупорядочен по направлению движения, он может запутать другое свойство частиц — их поляризацию.

Механизм и устройство

Для реализации процесса исследователи применили спонтанное параметрическое рассеяние. В ходе этого процесса пучок света взаимодействует с нелинейным оптическим кристаллом, что заставляет фотоны расщепляться на пары.

Чтобы доставить солнечный свет к миллиметровому кристаллу, физики создали стеклянный концентратор. Система работает так: линза Френеля размером с окно собирает свет, коническое устройство фокусирует его и передает в оптоволокно, которое направляет поток точно на кристалл.

Ученый-физик Дмитрий Лапшин отмечает, что использование естественного освещения вместо лазера существенно снижает энергопотребление системы, хотя требует прецизионной фокусировки света для достижения нужной плотности потока на кристалле.

Авторы работы зафиксировали, что полученное состояние запутанности на 94% совпадает с результатами, которые дают лазеры (с учетом спектральных особенностей солнечного излучения).

Результат подтверждает возможность использования доступных природных ресурсов для квантовых технологий, что потенциально упростит их эксплуатацию в открытом космосе. Однако работа пока не демонстрирует практического применения таких фотонов в реальных вычислениях или передаче данных; следующим этапом станет проверка стабильности этого процесса при изменении интенсивности освещения.