Într-o mișcare care va încânta cu siguranță ecologiștii și va deruta pe oricine își amintește de ora de fizică, cercetătorii au demonstrat că lumina soarelui, simplă și banală, poate genera intricare cuantică - un fenomen considerat anterior că necesită efortul coerent, focalizat al unui laser bine reglat. Pentru că de ce să folosești un laser precis și consumator de energie când poți pur și simplu... să deschizi jaluzelele?
Descoperirile, publicate în Optica, arată că lumina soarelui poate produce intricare comparabilă cu tehnicile bazate pe laser, cu condiția să ții cont de diferențele de lățime de bandă. Lucrarea este o colaborare între grupul lui Robert Boyd de la Universitatea din Ottawa și echipa lui Hanieh Fattahi de la Institutul Max Planck pentru Știința Luminii (MPL) din Germania. Pentru că, aparent, cooperarea internațională este necesară și pentru a valorifica puterea soarelui.
„Intricarea cuantică este crucială pentru aplicații precum comunicarea securizată, detectarea ultra-precisă și calculul de înaltă performanță”, a declarat Cheng Li, recent absolvent al Universității din Ottawa și autor principal al lucrării. „Munca noastră arată că sursele naturale abundente de lumină pot fi folosite pentru intricarea cuantică, deschizând posibilitatea unor tehnologii cuantice mai eficiente energetic și mai accesibile.”
Cu alte cuvinte, viitorul tău computer cuantic ar putea fi alimentat de același lucru care îți provoacă arsuri solare. Li a mai notat că „această tehnologie ar putea permite într-o zi sateliților să creeze chei de criptare securizate folosind lumina soarelui deja abundentă în spațiu, reducând necesitatea laserelor la bord și a mult din hardware-ul de susținere.” Pentru că de ce să cari un laser în spațiu când soarele este chiar acolo, făcându-și treaba?
Echipa a contestat ipoteza de mult timp susținută că intricarea cuantică necesită lumină coerentă - genul în care undele sunt sincronizate și previzibile, ca un laser. O lucrare anterioară a echipei lui Boyd demonstrase deja că un LED, o sursă de lumină incoerentă, poate produce fotoni cu polarizare intricată. Acum au făcut upgrade la lumina soarelui, care este și mai haotică, răspândindu-se în toate direcțiile și având un curcubeu complet de culori.
Pentru a îmblânzi acest haos, cercetătorii au folosit conversia parametrică descendentă spontană (SPDC), un proces în care un fascicul pompă intră într-un cristal neliniar și împarte fotonii în perechi intricate. În loc de pompă laser, au folosit lumină solară puternic polarizată, care a rămas extrem de incoerentă în spațiu și timp, dar a oscilat într-o direcție constantă. „Am proiectat configurația experimentală astfel încât diferențele introduse de diferitele culori și direcții de propagare să nu influențeze polarizarea fotonilor”, a explicat Li. „După cum prezice teoria noastră, dacă intricarea trăiește doar în polarizare, atunci ar trebui să depindă doar de ordinea pompei în direcția sa de oscilație, nu de direcția sau culoarea sa.”
Dar a existat o problemă: cristalul neliniar are doar aproximativ un milimetru lățime, așa că au trebuit să concentreze lumina soarelui. Echipa lui Fattahi de la MPL a construit un concentrator solar din sticlă, integral, care folosește o lentilă Fresnel de dimensiunea unei ferestre de casă pentru a canaliza lumina soarelui într-o fibră optică de lățimea unui fir de păr uman, apoi o direcționează către cristalul minuscul. Pentru că nimic nu spune „optică cuantică” ca o configurație care seamănă cu o lupă gigantică.
Experimentele în aer liber de la MPL au confirmat teoria: tomografia stării cuantice a arătat că intricarea produsă de lumina soarelui era aproximativ 94% similară cu o stare perfect intricată, iar fotonii au încălcat inegalitatea lui Bell, dovedind că erau cu adevărat intricate și nu doar o neînțelegere clasică.
Echipa lucrează acum la creșterea luminozității și îmbunătățirea calității intricării, cu speranța de a scoate sistemul din laborator. Ei sugerează, de asemenea, că abordarea ar putea funcționa cu alte tehnici optice neliniare, cum ar fi amestecarea în patru unde, deschizând potențial noi uși în fotonica cuantică.
Desigur, comunitatea științifică a avut îndoielile sale. „De la începutul acestui proiect, ideea noastră a întâmpinat îndoieli și respingeri repetate”, a spus Li. „Unii specialiști de renume mondial în domeniu au respins-o.”