環境保護主義者を喜ばせ、物理の授業を覚えている人を困惑させること間違いなしの動きとして、研究者たちは、普通の太陽光が量子もつれを生成できることを実証しました。これは、これまで整ったレーザーのようなコヒーレントな光が必要と考えられていた現象です。なぜ精密でエネルギーを食うレーザーを使うのか？ブラインドを開ければいいじゃないか、と。

この研究結果は『Optica』に掲載され、帯域幅の違いを考慮すれば、太陽光がレーザー技術に匹敵する量子もつれを生成できることを示しています。この研究は、オタワ大学のロバート・ボイド氏のグループと、ドイツのマックス・プランク光科学研究所（MPL）のハニエ・ファタヒ氏のチームとの共同研究です。どうやら、太陽の力を利用するにも国際協力が必要なようです。

「量子もつれは、安全な通信、超高精度センシング、高性能計算などの応用に不可欠です」と、論文の筆頭著者でオタワ大学の最近の卒業生であるチェン・リー氏は述べています。「私たちの研究は、豊富な自然光源が量子もつれに利用できることを示し、よりエネルギー効率が高く、アクセスしやすい量子技術の可能性を開きます」

言い換えれば、未来の量子コンピューターは、日焼けの原因と同じもので動くかもしれません。リー氏はまた、「この技術はいつか、宇宙に豊富にある太陽光を利用して衛星が安全な暗号鍵を生成できるようになり、搭載レーザーや関連ハードウェアの多くを削減できる可能性があります」と述べています。なぜレーザーを宇宙に持ち込むのか？太陽がそこにあるのに、勝手にやってくれているのに。

チームは、量子もつれにはコヒーレント光（レーザーのように波が同期し予測可能な光）が必要だという長年の前提に挑戦しました。ボイド氏のチームの以前の研究では、非コヒーレント光源であるLEDが偏光もつれ光子を生成できることがすでに示されていました。今回、彼らはさらに混沌とした、全方向に広がり、虹色のすべての色を持つ太陽光にアップグレードしました。

この混沌を扱うために、研究者たちは自発的パラメトリック下方変換（SPDC）を使用しました。これは、ポンプビームが非線形結晶に入り、光子をもつれペアに分割するプロセスです。レーザーポンプの代わりに、強く偏光した太陽光を使用しました。これは、空間的・時間的に高度に非コヒーレントですが、一貫した方向に振動します。「私たちは、異なる色や伝播方向によって生じる違いが光子の偏光に影響しないように実験セットアップを設計しました」とリー氏は説明します。「私たちの理論が予測するように、もつれが偏光のみに存在する場合、それはポンプの振動方向の整然さにのみ依存し、方向や色には依存しないはずです」

しかし、問題がありました。非線形結晶は約1ミリメートルしかないため、太陽光を集中させる必要がありました。MPLのファタヒ氏のチームは、家庭用窓ほどの大きさのフレネルレンズを使用して太陽光を人間の髪の毛ほどの太さの光ファイバーに集め、それを小さな結晶に導く全ガラス製ソーラーコンセントレーターを構築しました。なぜなら、「量子光学」と言えば、巨大な虫眼鏡のようなセットアップを連想させるからです。

MPLでの屋外実験で理論が確認されました。量子状態トモグラフィーにより、太陽光で生成されたもつれは完全にもつれた状態と約94%類似しており、光子はベルの不等式に違反し、真にもつれていることが証明されました。これは単なる古典的な誤解ではありません。

チームは現在、明るさを増し、もつれの質を向上させることに取り組んでおり、システムを実験室外に持ち出すことを目指しています。また、このアプローチは四波混合などの他の非線形光学技術でも機能する可能性があり、量子フォトニクスに新たな扉を開く可能性があります。

もちろん、科学界には疑問もありました。「このプロジェクトの開始以来、私たちのアイデアは繰り返し疑問視され、反発に直面してきました」とリー氏は述べています。「世界で有名なある研究者は...」

（記事はここで終わっていますが、翻訳はここまでとします）