河北
加拿大渥太华大学的研究人员已经证明，光子之间的量子纠缠不需要像激光那样的相干光源，也可以使用直射阳光等非相干光源来产生。这项研究为量子技术开辟了新路径——在这类技术中，光源的部署更加灵活，且只需消耗少量能源。
虽然量子技术仍处于起步阶段，但人们已经开始担心其高能耗问题。正在进行的量子研究通常需要两样东西——超低温条件和高度相干的激光。这两样东西都极其耗能，如果按目前的方式大规模推广，能源需求将令人担忧。
研究人员正在研究使材料即使在室温下也能表现出量子特性的方法。至于另一个关键问题，由物理学教授、量子非线性光学专家罗伯特·博伊德领导的一组研究人员利用一种取之不尽的自然光源，来验证能否实现量子纠缠。
利用阳光实现光子纠缠
科学家们一直认为，光子纠缠只能通过激光等相干光来实现。这是因为这类光源中光波的波峰与波谷保持同步，从而形成可预测的模式，而这种模式曾被认为是实现光子纠缠所必不可少的。
在此前的研究中，博伊德（Boyd）的团队此前已经证明这一假设并不成立。研究人员曾使用非相干的LED光来产生偏振纠缠光子，从而证明即使光在某一个属性上是无序的，仍然可以产生出纠缠光子。
现在，研究团队希望更进一步，利用太阳光，因为太阳光光谱宽广、涵盖多种颜色。“用太阳光来产生纠缠，还能为扩大量子计算规模提供关键要素，同时又不会增加能源负担，”参与这项工作的渥太华大学研究生李诚解释道。
他们是如何做到的？
研究人员通常利用一种称为自发参量下转换（SPDC）的过程，使泵浦光束与非线性晶体相互作用，使光子分裂成对，随后这些光子对便产生量子纠缠。这项实验有所不同，因为太阳光高度偏振，但它在空间和时间上并不具有相干性。
“我们设计实验装置时，确保由不同颜色和传播方向造成的差异不会影响光子的偏振，”李在新闻稿中解释道。
“正如我们的理论所预测，如果纠缠只体现在偏振上，那么它应该只依赖于泵浦光在振荡方向上的规律性，而不依赖于泵浦光的方向或颜色。这使我们能够从空间和时间上高度不相干的阳光中产生高质量的偏振纠缠。”
团队面临的一个挑战是将阳光聚焦到毫米大小的非线性晶体上。为了克服这一难题，研究人员使用了德国马克斯·普朗克科学研究所（MPL）研究员哈尼耶·法塔希研发的太阳能聚光器，该装置利用菲涅尔透镜将阳光汇聚到一根和头发丝差不多细的光纤中。
在实验中，研究人员发现由阳光产生的 纠缠 与完美纠缠态的相似度为94%。该团队目前正致力于通过提高亮度和纠缠质量来开发一款可投入现场使用的产品。
“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阳光来创建安全加密密钥，从而减少对卫星上激光器以及许多相关硬件的需求，”李在新闻稿中表示。
该研究成果发表在《Optica》期刊上。
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