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据 Optica 期刊报道，来自加拿大渥太华大学与德国埃尔兰根马克斯·普朗克光科学研究所的科研团队取得了一项突破性进展。研究人员成功利用经聚焦的太阳光生成了量子纠缠光子对，为降低 photonic 量子计算与量子通信系统对高耗能激光器的依赖开辟了新思路。
量子纠缠光子对在量子加密和量子信息处理中扮演着核心角色。传统上，这类光子对主要通过自发参量下转换（SPDC）过程产生，即利用激光照射特殊晶体来生成具有相关量子特性的光子。由于激光具备高度的相干性，且波长范围窄、相位一致，长期以来一直被视为生成纠缠光子的唯一有效光源。相比之下，太阳光作为一种非相干光，波长复杂且传播方向分散，此前普遍被认为无法用于此类高精度实验。
在本次实验中，研究团队克服了太阳光非相干性的挑战。马克斯·普朗克研究所的研究团队设计了一套由玻璃锥形聚光器和菲涅尔透镜组成的太阳能收集装置，将采集到的太阳光紧密聚焦并引入细光纤中，再投射至晶体上。
经在户外连续三天测试，研究团队利用太阳光生成的纠缠光子对达到了约 94% 的完美纠缠态保真度，并成功验证了贝尔不等式的违背，证实了光子间 Correlations 的量子本质。虽然由于季节性阳光较弱及云层遮挡等因素，贝尔不等式的违背程度有限，且纠缠质量略低于顶级激光系统，但研究人员指出，这一差距主要源于光学元件的畸变，而非太阳光本身的缺陷。
这项研究首次打破了“生成纠缠光子必须依赖激光”的固有认知，被视作重要的大型概念验证。相较于传统激光系统需要消耗大量电能并伴随复杂的冷却与稳定装置，直接利用太阳光可以省略电能向光能转换的过程。研究人员表示，该技术未来有望在实验室外的远程环境或卫星系统中落地，例如直接利用轨道上的太阳光生成量子加密密钥，为构建新型量子基础设施提供可能。目前，研究团队正在致力于进一步提高光源亮度及纠缠质量。
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