Китайские исследователи впервые продемонстрировали, что солнечный свет можно применять для генерации коррелированных пар фотонов — ключевых компонентов квантовой оптики.
Ранее для этого требовались мощные и стабильные лазеры, что ограничивало проведение подобных экспериментов лишь лабораторными условиями. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics.
Коррелированные и запутанные фотоны находят применение в квантовой связи, вычислениях и визуализации. Обычно их получают посредством спонтанного параметрического рассеяния: лазер направляется в специальный нелинейный кристалл, где один фотон разделяется на пару связанных фотонов. Однако команда ученых из Сямэньского университета под руководством Ухуна Чжана и Лисяна Чэня решила исследовать возможность замены лазера солнечным светом.
Основной сложностью была нестабильность солнечного света: яркость, направление и положение Солнца постоянно изменяются, а для квантовых экспериментов необходима высокая точность.
Для решения этой задачи исследователи разработали систему автоматического слежения, аналогичную монтировке астрономического телескопа. Она непрерывно фиксировала движение Солнца и направляла свет в 20-метровое многомодовое оптоволокно.
Солнечный свет поступал в затемненную лабораторию, где освещал нелинейный кристалл из фосфата титанила калия, что приводило к генерации пар фотонов.
Несмотря на нестабильность естественного освещения, установка успешно создала фотоны с выраженной пространственной корреляцией. Для проверки ученые использовали их в так называемой «призрачной визуализации» — методе, при котором изображение восстанавливается не прямым наблюдением объекта, а по связанным фотонам.
Качество полученного изображения оказалось высоким: контрастность составила 90,7%. Для сравнения, аналогичная установка с лазером на длине волны 405 нм показала результат 95,5%. Исследователям удалось не только воспроизвести простые изображения, но и собрать более сложную двумерную картину — так называемое «призрачное лицо».
Авторы считают, что данная технология может быть полезной для квантовых систем в удаленных районах и в космосе, где применение лазеров затруднено. Кроме того, система не требует внешнего электропитания и может работать в полностью пассивном режиме.
По мнению исследователей, дальнейшее развитие методов сбора солнечного света, создание новых кристаллов и применение алгоритмов машинного обучения помогут улучшить качество и скорость получения изображений.
Фото: hi-tech.mail.ru
