# Квантовый прорыв на солнечной энергии: запутанные фотоны впервые рождены без лазеров
Немецкие физики из Института науки о свете Общества Макса Планка в Эрлангене опровергли догму, существовавшую десятилетиями: им удалось получить поляризационно-запутанные пары фотонов, используя в качестве источника накачки обычный солнечный свет, а не лазер. Результаты эксперимента, опубликованные в журнале Optica, открывают путь к квантовой связи в космосе без громоздких лазерных установок.
Традиционный метод получения запутанных фотонов — спонтанное параметрическое рассеяние — всегда считался прерогативой мощных лазеров. Высокоэнергетический фотон расщепляется в нелинейном кристалле на два коррелированных, но для этого требуется когерентное излучение, которое солнечный свет по определению не даёт — он слишком хаотичен и слаб. Учёные решили проверить, действительно ли это фундаментальное ограничение или просто техническая проблема.
Чтобы собрать и сконцентрировать естественный солнечный поток, исследователи построили сложную оптическую систему: линза Френеля площадью 1,4 квадратных метра, спектральные фильтры и конический концентратор сжимали лучи и направляли их в тонкое оптоволокно. Оттуда свет попадал в интерферометр Саньяка, внутри которого находился кристалл титанил-фосфата калия с периодической поляризацией — именно там рождались запутанные пары.
Главный вызов заключался в том, чтобы хаотичный солнечный свет всё-таки запустил процесс SPDC. И эксперимент показал: сфокусированного потока достаточно для генерации устойчивых квантовых пар. Качество запутанности оказалось впечатляющим — показатель конкорданса, где 1 означает идеальную связь, достиг 0,905, а точность соответствия эталонному состоянию Белла составила 0,939. Финальным доказательством квантовой природы стало нарушение неравенства Белла-CHSH: полученное значение 2,54 уверенно превысило классический предел 2.
Скорость генерации — около 1600 пар в секунду на 1 милливатт мощности накачки — после нормализации по спектральной полосе оказалась сопоставима с лазерными источниками. И это при том, что система работает без активного преобразования электричества в свет, что исключает основные точки отказа и потери на тепло. Исследователи отмечают, что слегка заниженные показатели связаны с несовершенством оптических компонентов, а не с принципиальными ограничениями метода.
Технология открывает фантастические перспективы для квантовой связи на спутниках на солнечно-синхронных орбитах — вместо громоздких лазерных систем и дорогих солнечных панелей достаточно будет компактного концентратора и кристалла. Кроме того, частично когерентные фотоны от Солнца потенциально более устойчивы к атмосферной турбулентности, что делает их перспективными для наземных защищённых каналов связи.
Мы привыкли считать, что квантовые технологии требуют лабораторной стерильности и мощных источников. Но природа оказалась хитрее: достаточно крупной линзы и кристалла, чтобы солнечный свет сам стал генератором квантовой магии. Этот эксперимент напоминает нам, что иногда величайшие прорывы случаются не в создании нового, а в переосмыслении того, что уже существует вокруг нас.
Об авторе
