Sonnenlicht kann als natürliche Lichtquelle quantenverschränkte Photonenpaare erzeugen. Mit dieser Erkenntnis stellen Forscher der Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts die seit Langem geltende Annahme infrage, dass Laser für die Erzeugung von Quantenzuständen des Lichts unverzichtbar sind. Details sind in "Optica" nachzulesen.
Die Experten ebnen den Weg für neue energieeffiziente photonische Quantentechnologien. "Sonnenlicht ist in vielen Umgebungen, insbesondere im Weltraum, eine reichlich vorhandene und zuverlässige Ressource. Die Möglichkeit, quantenverschränkte Photonen direkt aus Sonnenlicht zu erzeugen, könnte einfachere und widerstandsfähigere Quantensysteme für Satelliten und zukünftige Weltraummissionen ermöglichen", sagt Forscherin Hanieh Fattahi.
Die optisch wirksame Öffnung eines nichtlinearen optischen Kristalls misst wenige Millimeter. Um das divergierte Sonnenlicht in einen derart begrenzten Bereich zu leiten, hat das Team von Fattahi ein System zur Konzentration von Sonnenlicht entwickelt. Das System sammelt Licht über eine Fläche von 1,4 Quadratmetern und koppelt es in eine optische Faser. Das Herzstück des Systems ist ein Solarkonzentrator, eine spezielle kegelförmige Vorrichtung aus Glas.
In Kooperation mit der University of Ottawa haben die Experten mit einer Fidelität von 94 Prozent der erzeugten Quantenzustände eine Qualität erreicht, die mit lasergepumpten Quellen vergleichbar ist. Die sogenannten "SPDC-Photonen" weisen zudem Korrelationen auf, die die Bellsche Ungleichung verletzen. Diese Korrelationen lassen sich nicht mit klassischen physikalischen Theorien modellieren und sind Merkmale der Quantenverschränkung.
Eine weitere Erkenntnis der Wissenschaftler: Die Effizienz der durch Sonnenlicht angetriebenen Verschränkungserzeugung ist mit der durch Laser angetriebenen gleichwertig, wenn die Photonenproduktionsrate relativ zur Pumpleistung und der effektiven Bandbreite des nichtlinearen Prozesses normiert wird. Folglich besitzen Laser gegenüber dem Sonnenlicht möglicherweise nicht so viele grundlegende Vorteile, heisst es abschliessend.
