Em uma jogada que certamente encantará ambientalistas e confundirá qualquer um que se lembre da aula de física, pesquisadores demonstraram que a luz solar comum pode gerar emaranhamento quântico - um fenômeno anteriormente considerado que exigia o esforço coerente e focado de um laser bem ajustado. Por que usar um laser preciso e que consome muita energia quando você pode simplesmente... abrir as cortinas?

Os resultados, publicados na Optica, mostram que a luz solar pode produzir emaranhamento comparável às técnicas baseadas em laser, desde que você leve em conta as diferenças de largura de banda. O trabalho é uma colaboração entre o grupo de Robert Boyd na Universidade de Ottawa e a equipe de Hanieh Fattahi no Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) na Alemanha. Porque aparentemente, a cooperação internacional também é necessária para aproveitar o poder do sol.

"O emaranhamento quântico é crucial para aplicações como comunicação segura, detecção ultra precisa e computação de alto desempenho", disse Cheng Li, recém-formado pela Universidade de Ottawa e primeiro autor do artigo. "Nosso trabalho mostra que fontes de luz natural abundantes podem ser usadas para emaranhamento quântico, abrindo a possibilidade de tecnologias quânticas mais eficientes em energia e acessíveis."

Em outras palavras, seu futuro computador quântico pode ser alimentado pela mesma coisa que te causa queimaduras solares. Li também observou que "esta tecnologia poderia um dia permitir que satélites criassem chaves de criptografia seguras usando a luz solar já abundante no espaço, reduzindo a necessidade de lasers a bordo e grande parte do hardware de suporte." Por que carregar um laser para o espaço quando o sol está bem ali, fazendo sua coisa?

A equipe desafiou a suposição de longa data de que o emaranhamento quântico requer luz coerente - o tipo onde as ondas são sincronizadas e previsíveis, como um laser. Trabalhos anteriores do grupo de Boyd já haviam mostrado que um LED, uma fonte de luz incoerente, poderia produzir fótons com emaranhamento de polarização. Agora eles atualizaram para a luz solar, que é ainda mais caótica, espalhando-se em todas as direções e exibindo um arco-íris completo de cores.

Para domar esse caos, os pesquisadores usaram conversão paramétrica descendente espontânea (SPDC), um processo onde um feixe de bombeamento entra em um cristal não linear e divide fótons em pares emaranhados. Em vez de um bombeamento a laser, eles usaram luz solar fortemente polarizada, que permaneceu altamente incoerente no espaço e no tempo, mas oscilou em uma direção consistente. "Projetamos nosso arranjo experimental para que as diferenças introduzidas pelas diferentes cores e direções de propagação não influenciassem a polarização dos fótons", explicou Li. "Como nossa teoria prevê, se o emaranhamento vive apenas na polarização, então deve depender apenas da ordem do bombeamento em sua direção de oscilação, e não de sua direção ou cor."

Mas havia um problema: o cristal não linear tem apenas cerca de um milímetro de diâmetro, então eles precisavam concentrar a luz solar. A equipe de Fattahi no MPL construiu um concentrador solar totalmente de vidro que usa uma lente de Fresnel do tamanho de uma janela doméstica para canalizar a luz solar para uma fibra óptica com cerca de um fio de cabelo humano de largura, e então direcioná-la para o minúsculo cristal. Porque nada diz "óptica quântica" como um aparato que se assemelha a uma lupa gigante.

Experimentos ao ar livre no MPL confirmaram a teoria: a tomografia de estado quântico mostrou que o emaranhamento produzido pela luz solar era cerca de 94% semelhante a um estado perfeitamente emaranhado, e os fótons violaram a desigualdade de Bell, provando que estavam genuinamente emaranhados e não apenas tendo um mal-entendido clássico.

A equipe agora está trabalhando para aumentar o brilho e melhorar a qualidade do emaranhamento, com esperanças de levar o sistema para fora do laboratório. Eles também sugerem que a abordagem poderia funcionar com outras técnicas ópticas não lineares, como mistura de quatro ondas, potencialmente abrindo novas portas na fotônica quântica.

Claro, a comunidade científica teve suas dúvidas. "Desde o início deste projeto, nossa ideia encontrou repetidas dúvidas e resistência", disse Li. "Alguns mundialmente renomados..."