- 研究證明光子糾纏可用不相干光源產生。
- 陽光的使用使量子技術部署更靈活，能耗更低。
- 研究團隊使用特殊裝置聚焦陽光於非線性晶體上。
- 此技術可減少對激光和輔助硬件的需求。
來自加拿大渥太華大學的研究人員已證明，光子之間的量子纏結並不需要像激光那樣的相干光源，而是可以使用不相干的光源，例如直射陽光來產生。這項研究為量子技術開闢了新的途徑，使得光源的部署變得更加靈活，並能夠使用更少的能量。在量子技術仍處於起步階段的情況下，對其高能耗的擔憂已經開始上升。現有的量子研究通常需要兩個條件——超低温和高度相干的激光。這兩個條件都極為耗能，因此如果按照現有形式擴展，將引發能量需求的擔憂。
研究人員正在探索材料在室温下也能顯示出量子特性的方法。至於另一個難題，由物理學教授及量子非線性光學專家羅伯特·博伊德領導的研究團隊，則使用了一種豐富的自然光源，來觀察是否能實現量子纏結。
光子纏結的研究人員曾認為，光子纏結只能通過相干光來實現，例如激光。這是因為這些光源中的光波保持同步，使得其峯值和谷值之間形成可預測的模式，而這被認為是實現光子纏結所必需的。在他們之前的研究中，博伊德的團隊已經證明瞭這一假設的錯誤。研究人員使用不相干的 LED 光源來產生偏振纏結的光子，從而證明即使在某一特性上是無序的光，仍然可以生成纏結的光子。現在，研究團隊希望進一步使用陽光，因為陽光是發散的並且包含了廣泛的顏色。
陽光的潛力與挑戰
「陽光驅動的纏結生成也可能提供擴展量子計算所需的關鍵成分，而不會增加能量負擔，」渥太華大學的研究生李程解釋道，他參與了這項工作。
他們是如何做到的？研究人員通常使用一種稱為自發參量下轉換（SPDC）的過程，使泵光束與非線性晶體相互作用，並使光子分裂成對，隨後成為量子纏結。這次實驗有所不同，因為陽光在空間和時間上都高度極化但不相干。「我們設計了實驗裝置，使不同顏色和傳播方向引入的差異不影響光子的偏振，」李在新聞稿中解釋道。「根據我們的理論預測，如果纏結只存在於偏振中，那麼它應該僅依賴於泵的振蕩方向的有序性，而不是其方向或顏色。
這使我們能夠從高度空間和時間不相干的陽光中產生高質量的偏振纏結。」
技術應用前景
團隊面臨的一個挑戰是將陽光聚焦在一塊毫米大小的非線性晶體上。為瞭解決這一問題，研究人員使用了由德國馬克斯·普朗克科學研究所的研究員哈尼耶·法塔希開發的太陽能聚光器，該聚光器利用菲涅耳透鏡將陽光聚合到一根不寬於人類頭髮的光纖中。在實驗中，研究人員發現來自陽光的纏結產生了 94%類似於完美纏結狀態的結果。該團隊目前正致力於通過提高亮度和纏結質量，研發可在現場部署的產品。
「這項技術有一天可能使衞星能夠利用已經在太空中豐富存在的陽光來創建安全的加密密鑰，從而減少對機載激光和大量輔助硬件的需求，」李在新聞稿中總結道。這項研究結果已發表在《Optica》期刊上。
陽光在量子技術中的應用潛力
這項研究顯示，利用陽光實現光子糾纏是量子技術的一個重要突破。傳統上，量子研究依賴於高能耗的激光和超低溫環境，這限制了其應用範圍。透過不相干光源，特別是陽光，研究人員不僅降低了能耗，還能提升光源的靈活性。這對於未來量子計算和安全通信技術的發展具有深遠影響，可能使得量子技術更易於實現和部署。