Квантову заплутаність уперше отримали зі звичайного сонячного світла

Науковці з Оттавського університету та Інституту науки про світло імені Макса Планка здійснили прорив у квантовій фізиці: їм уперше вдалося створити квантову заплутаність електронів без застосування лазерного випромінювання. Результати експерименту опубліковані у фаховому журналі Optica.

Донедавна вважалося, що для генерації заплутаних фотонів — основи квантових обчислень, сенсорів та криптографії — обов'язково потрібні високоенергетичні лазери. Головною перешкодою для використання сонячного світла була його некогерентність: воно не має синхронності та однорідності, містить різні довжини хвиль. Багато фізиків сумнівалися, що такий хаотичний потік здатен запустити нелінійні оптичні процеси.

Щоб подолати цю проблему, команда сконструювала експериментальну установку з лінзи Френеля розміром зі звичайне вікно та спеціальної лійки, яка концентрувала зібране сонячне проміння в оптичне волокно завтовшки з людську волосину. Далі сфокусований пучок спрямовували на спеціальний кристал.

Ключем до успіху стало використання поляризації — орієнтації коливань електромагнітного поля. Конструкція пристрою була підібрана так, щоб колір і напрямок світла не впливали на поляризаційний стан фотонів.

Отримані фотони продемонстрували високу якість: вони на 94% відповідали ідеально заплутаному стану та порушували нерівність Белла, що є стандартним підтвердженням квантової природи явища.

Практичне значення відкриття значне. Технологія дає змогу створювати простіші, дешевші та енергоефективніші квантові системи. Наприклад, супутники зможуть генерувати надійні ключі шифрування, використовуючи безкоштовне сонячне світло замість громіздких і енергозатратних лазерів. Метод також корисний для віддалених наукових станцій і розширення квантових обчислень.