Ученые в основном используют лазеры для запутывания частиц. Лазеры — высокотехнологичные устройства с высоким энергопотреблением. Ученые ищут способы запутывать частицы с низким энергопотреблением. Это помогло бы масштабировать использование технологии.
Группа ученых смогла запутать фотоны с помощью солнечной энергии. Детали об их установке и параметрах квантового состояния частиц опубликованы в журнале Optica.
Исследователи долго считали, что для создания запутанности необходимо высококогерентное излучение, в котором световые волны сильно синхронизированы и показывают повторяющиеся предсказуемые паттерны взаимодействия. Именно такое излучение и генерируют лазеры.
В своих предыдущих работах группа руководителя проекта профессора Роберта В. Бойда (Robert W. Boyd) теоретически обосновала и экспериментально продемонстрировала на светодиодах, что некогерентный свет также может создавать квантовую запутанность частиц.
В этой работе физики также показали, что свет может оставаться неупорядоченным по одному из своих свойств, например по направлению движения, и при этом все равно запутывать другое свойство — поляризацию.
В случае с солнечным светом, в котором содержится множество цветов, ученые использовали процесс спонтанного параметрического рассеяния. При нем пучок света взаимодействует с нелинейным оптическим кристаллом и заставляет фотоны разбиваться на пары, которые можно запутать.
Оптики использовали вместо лазерного пучка поляризованный солнечный свет с низкой пространственно-временной когерентностью. Это означает, что составные части солнечного света отличались по параметрам друг от друга, но не влияли на поляризацию фотонов.
Для того чтобы сконцентрировать солнечный свет на миллиметровом нелинейном оптическом кристалле, ученые разработали специальный состоящий только из стекла концентратор. Коническое устройство концентрировало свет, собранный линзой Френеля размером с окно, и передавало его четко в оптоволокно, по которому свет попадал к кристаллу. На кристалле фотоны претерпевали запутывание.
Физики заявили, что их запутанность на 94 процента схожа с той, которую могут создать лазеры, если принять во внимание спектральные параметры солнечного света.
«Наша работа показывает, что для создания квантовой запутанности подходит широкодоступный ресурс — солнечный свет. Это открывает новые перспективы для распространения квантовых технологий и снижения их энергопотребления. Однажды эта технология может пригодиться в открытом космосе, где можно поддерживать работу лазеров, а солнечного света еще больше, чем на поверхности Земли», — подытожил первый автор работы Ченг Ли (Cheng Li).