Das natürliche Sonnenlicht kann direkt genutzt werden, um Paare verschränkter Photonen zu erzeugen, ohne dass ein Laser die Vorrichtung speist. Dieses Experiment stellt die Annahme infrage, dass eine sehr kohärente Lichtquelle für diese Art quantenmechanischer Präparation unverzichtbar sei.
Die Verschränkung verbindet die Eigenschaften mehrerer Teilchen auf eine Weise, die die klassische Physik nicht reproduziert. Misst man das eine, erhält man Korrelationen mit dem anderen, selbst wenn die einzelnen Ergebnisse unvorhersehbar bleiben. In der Quantenphotonik werden solche Photonenpaare üblicherweise mit sorgfältig kontrollierten Lasern erzeugt.
Hier ist der Ausgangspunkt dagegen eine frei verfügbare und von Natur aus inkohärente Quelle: die Sonne. Ihr Licht vereint viele Wellenlängen und Wellen, deren Phasen ständig variieren. Die Forscher haben es konzentriert und gefiltert, bevor sie es in einen nichtlinearen optischen Kristall schickten.
In diesem Kristall kann ein Phänomen namens spontane parametrische Konversion ein einfallendes Photon in zwei energieärmere Photonen umwandeln. Die Eigenschaften der beiden neuen Photonen können dabei verschränkt werden. Die Anordnung wurde so eingestellt, dass diese Verschränkung in ihrer Polarisation erzeugt wird, also der Ausrichtung ihres elektrischen Feldes.
Das Ergebnis beruht nicht nur auf einer Ähnlichkeit mit einem erwarteten Quantenzustand. Das Team misst außerdem eine Konkurrenz von 0.905 ± 0.053, einen Indikator, der die Verschränkung zwischen zwei Systemen quantifiziert. Es erhält außerdem einen S-Wert von 2.5408 ± 0.2171 in einem Bell-Test, oberhalb der klassischen Grenze von 2.
Mit anderen Worten: Die beobachteten Korrelationen verhalten sich nicht wie die zweier klassischer Objekte, die lediglich von Anfang an gemeinsame Eigenschaften erhalten haben. Dieser Punkt ist wichtig, denn das Sonnenlicht bringt viel Rauschen mit sich und besitzt nicht die Stabilität eines Laborlasers.
Die Autoren geben außerdem an, dass die Erzeugungsrate weiterhin mit der von laserbetriebenen Aufbauten vergleichbar ist.
Der potenzielle Nutzen betrifft vor allem Umgebungen, in denen verfügbare Energie und Masse der Ausrüstung begrenzt sind. Die Forscher nennen insbesondere interplanetare Missionen, bei denen eine natürliche Quelle bestimmte Materialanforderungen verringern könnte. Die nächste Frage wird sein, wie zuverlässig dieser Ansatz bleibt, wenn das Licht variiert und wenn die Vorrichtung die kontrollierten Bedingungen des Labors verlässt.