Международная группа исследователей, включающая специалистов из Университета Оттавы и Института науки о свете Общества Макса Планка в Германии, опубликовала в журнале Optica результаты значимого эксперимента. Ученые продемонстрировали, что концентрированный солнечный свет способен генерировать пары квантово-запутанных фотонов. Данный результат ставит под сомнение устоявшееся представление о безальтернативности лазеров в качестве источника накачки для спонтанного параметрического рассеяния вниз – стандартного метода получения запутанных состояний света. Ранее лазерные установки считались практически незаменимыми из-за их высокой когерентности и плотности мощности. Однако новое исследование доказывает, что пространственная и временная некогерентность солнечного излучения не является критическим ограничением для генерации поляризационной запутанности при условии достаточной фокусировки и сохранения поляризации светового потока.

Для проведения эксперимента научная команда разработала и собрала специализированную систему концентрации солнечного света с площадью сбора 1,4 квадратных метра. Солнечный поток фокусировался с помощью линзы Френеля, после чего направлялся в стеклянный конический концентратор и многомодовое оптическое волокно. На финальном этапе подготовленный световой пучок подавался в нелинейный кристалл, где и происходил процесс генерации пар фотонов. На выходе исследователи зафиксировали получение поляризационно-запутанных фотонов с точностью (верностью состояния), составляющей почти 94%. Полученные корреляции надежно нарушали неравенство Белла, что является неоспоримым экспериментальным подтверждением подлинной квантовой запутанности, достигнутой без использования традиционных когерентных лазерных источников.

Авторы работы заявили, что нормированная эффективность генерации запутанных пар в данной установке сопоставима с показателями классических лазерных систем. Этот прорыв имеет значительные практические последствия для развития фотонных квантовых технологий. Предложенный подход потенциально способен существенно снизить энергозатраты, необходимые для функционирования квантовых систем, и упростить их развертывание в условиях жесткого дефицита энергии. В частности, данная технология рассматривается как перспективное решение для оснащения спутников и межпланетных космических миссий, где каждый ватт мощности имеет критическое значение. На фоне этих разработок, в июле ведущие организации, включая AWS, Nvidia, Национальную лабораторию Лоуренса в Беркли и NASA, также оценивали растущую потребность в суперкомпьютерах для поддержки и моделирования сложных квантовых систем.