Когда частицы находятся в состоянии квантовой взаимосвязи, определенные их характеристики демонстрируют тесную зависимость. Например, если у одного запутанного фотона спин ориентирован в одну сторону, а у другого – в противоположную, то изменение направления спина первого мгновенно отразится и на втором.

Исследователи преимущественно применяют лазерные системы для создания квантовой взаимосвязанности между частицами. Эти приборы являются сложными технологическими решениями с существенными требованиями к энергоснабжению. В настоящее время ученые стремятся разработать методы запутывания частиц, требующие меньше энергии, чтобы расширить применение данной технологии.

Команда исследователей успешно осуществила квантовую взаимосвязь фотонов, используя энергию солнца. Подробные сведения об их установке и характеристиках состояния этих частиц опубликованы в журнале Optica.

Ранее полагалось, что формирование квантовой запутанности требует согласованного светового потока, характеризующегося сильной синхронизацией волн и предсказуемыми моделями их взаимодействия. Именно такие характеристики считались необходимыми для достижения этого эффекта, генерируют лазеры.

В предыдущих исследованиях коллектив под руководством профессора Роберта В. Бойда ( Robert W. Boyd) предложил и подтвердил экспериментально на светодиодах, что даже несвязанный свет способен генерировать квантовую взаимосвязь между частицами.

В рамках этого исследования физики также продемонстрировали, что свет может сохранять хаотичность по одному из своих параметров, например, в отношении направления распространения, оставаясь при этом запутывать другое свойство — поляризацию.

При работе с солнечным излучением, включающим в себя широкий спектр длин волн, исследователи применили явление спонтанного параметрического рассеяния. Этот процесс предполагает взаимодействие светового потока с кристаллами, обладающими нелинейными оптическими свойствами, что приводит к разделению фотонов на связанные пары.

Вместо направленного луча лазера для проведения экспериментов применяли поляризованный свет от Солнца, характеризующийся недостаточной пространственной и временной согласованностью. Это подразумевает, что различные компоненты солнечного излучения имели различия в своих характеристиках, однако не оказывали воздействия на ориентацию фотонов.

С целью фокусировки солнечной энергии на крошечном оптическом кристалле миллиметрового размера исследователи создали уникальный концентратор, выполненный исключительно из стекла. Коническая конструкция собирала свет, полученный с помощью линзы Френеля, размеры которой соответствовали размеру окна, и передавалонаправляла его точно в оптоволоконное волокно, по которому световой поток достигал кристалла. В процессе прохождения через кристалл фотоны подвергались квантовому запутыванию.

Ученые утверждают, что степень их взаимосвязанности составляет 94%, что сопоставимо с показателями, достигаемыми при использовании лазерных систем, принимая во внимание спектральные особенности солнечного излучения.

«Результаты нашего исследования демонстрируют возможность генерации квантовой связанности с использованием распространенного источника – солнечного излучения. Это создает благоприятные условия для более широкого внедрения квантовых систем и уменьшения затрат энергии на их функционирование. В будущем, подобный подход может оказаться полезным при реализации проектов в космическом пространстве, где доступно значительно большее количество солнечной радиации по сравнению с земной поверхностью, что позволит обеспечить непрерывную работу лазерных устройств», — заключил Ченг Ли, ведущий автор научной публикации.» Cheng Li).