北京
研究人员发现，由太阳光产生的纠缠与完美纠缠态的相似度达到94%。
加拿大渥太华大学的研究人员证明，光子之间的量子纠缠并不需要像激光那样的相干光源，也可以利用直射太阳光这样的非相干光源来产生。这项研究为量子技术开辟了新途径，有望采用可部署的光源，且只使用一小部分能量。
尽管量子技术仍处于起步阶段，但对其高能耗的担忧已日益加剧。正在进行的量子研究通常需要两个条件——超低温和高相干性激光。这两种要素都极其耗能，若以当前形态进行规模化应用，其能源需求令人担忧。
研究人员正在探索让材料在室温下也能展现量子特性的方法。针对难题的另一半，由量子非线性光学专家、物理学教授罗伯特·博伊德领导的团队，尝试利用丰富的自然光源，看看能否实现量子纠缠。
利用太阳光产生光子纠缠
科学家此前认为，光子纠缠只能用激光这样的相干光才能实现。这是因为这些光源的光波其波峰与波谷保持同步，形成可预测的模式，而这曾被认为是光子纠缠的必要条件。
在之前的工作中，博伊德的团队已证明这一假设并不正确。研究人员曾利用非相干的LED光生成了偏振纠缠光子，由此证明，即使光在某一方面呈无序状态，仍可产生纠缠光子。
如今，研究团队希望更进一步，使用太阳光，因为它既发散又涵盖广泛的颜色范围。“由太阳光驱动的纠缠产生，或许能为扩大量子计算规模提供关键要素，且不增加能源负担，”参与此项工作的渥太华大学研究生李成解释道。
他们是如何做到的？
研究人员通常利用自发参量下转换过程，让泵浦光束与非线性晶体相互作用，使光子分裂成对，随后这对光子发生量子纠缠。而这项实验的不同之处在于，太阳光虽高度偏振，但在空间和时间上是非相干的。
“我们设计了实验装置，使得不同颜色和传播方向带来的差异不会影响光子的偏振，”李成在新闻稿中解释说。
“正如我们的理论所预测的，如果纠缠仅存在于偏振中，那么它应该只取决于泵浦光在其振荡方向上的有序性，而不取决于其方向或颜色。这使得我们能够从高度空间和时间非相干的太阳光中产生高质量的偏振纠缠。”
团队面临的一个挑战是将太阳光聚焦到一个毫米尺度的微小非线性晶体上。为克服这一困难，研究人员采用了德国马克斯·普朗克光科学研究所研究员哈尼耶·法塔希开发的太阳能聚光器，该聚光器利用菲涅尔透镜将太阳光汇聚到一根不比人类头发宽的光纤中。
在实验中，研究人员发现由太阳光产生的纠缠与完美纠缠态的相似度达到94%。该团队目前正致力于通过提高亮度和纠缠质量，开发出可实地部署的产品。
“这项技术有朝一日可能使卫星能够利用太空中本就充足的太阳光来生成安全加密密钥，从而减少对星载激光器和大量支持硬件的需求，”李成在新闻稿中总结道。
该研究成果已发表在期刊《Optica》上。
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