Китайские учёные совершили значимый прорыв в квантовой оптике. Они впервые показали, что обычный солнечный свет можно использовать для генерации коррелированных (запутанных) пар фотонов — ключевых элементов квантовой связи, вычислений и визуализации. Ранее для этого требовались мощные стабильные лазеры. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics.

Как прошёл эксперимент

Главная сложность заключалась в нестабильности солнечного света — оно постоянно меняет яркость, направление и угол падения. Чтобы преодолеть это, исследователи из Сямэньского университета (под руководством Ухуна Чжана и Лисяна Чэня) создали систему автоматического слежения за Солнцем, аналогичную астрономической монтировке.

Собранный свет направлялся по 20-метровому многомодовому оптоволокну в затемнённую лабораторию, где попадал на нелинейный кристалл из фосфата титанила калия. В кристалле происходило спонтанное параметрическое рассеяние: один фотон превращался в пару сильно коррелированных фотонов.

Успешная «призрачная визуализация»

Учёные применили полученные фотоны в методе «призрачной визуализации» (ghost imaging). В этом методе изображение объекта восстанавливается не прямым наблюдением, а по корреляциям между парами фотонов.

Результат оказался впечатляющим:

  • Контрастность изображения достигла 90,7%.
  • Для сравнения: аналогичная лазерная установка (405 нм) показала 95,5%.

Учёные успешно получили как простые тестовые изображения, так и более сложную двумерную картину — так называемое «призрачное лицо».

Почему это важно

Технология открывает возможность создавать квантовые системы, которые работают на естественном солнечном свете без необходимости в сложном и энергоёмком лазерном оборудовании. Это особенно перспективно для:

  • Удалённых и труднодоступных регионов;
  • Космических приложений;
  • Пассивных систем, не требующих внешнего электропитания.

В дальнейшем качество и эффективность планируют улучшить с помощью более совершенных систем сбора света, новых нелинейных кристаллов и алгоритмов машинного обучения.

Вкратце

Китайские физики впервые получили коррелированные пары квантовых фотонов, используя обычный солнечный свет вместо лазера. С помощью автоматической системы слежения и специального кристалла они провели успешную «призрачную визуализацию» с контрастностью 90,7%. Открытие значительно упрощает создание квантовых устройств и делает их возможными в полевых и космических условиях.