За първи път: Учени осъществиха квантова „призрачна“ визуализация с помощта на слънчева светлина

Учените от университета в Сямен (Китай) за първи път успешно демонстрираха квантова „призрачна“ визуализация, като използваха само слънчева светлина като източник на корелирани фотони. Резултатите от експеримента, публикувани в списанието Advanced Photonics проправят пътя към създаването на напълно пасивни квантови системи, способни да работят в отдалечени места и дори в космоса.

Ключовият процес, лежащ в основата на експеримента е спонтанното параметрично разсейване (SPDC). Обикновено за това са необходими мощни и стабилни лазери. Екипът под ръководството на Вухонг Чжан и Лисян Чен обаче доказа, че дори нестабилната слънчева светлина е способна да задейства този процес.

За да решат проблема с нестабилността на слънчевата светлина, изследователите разработиха автоматична система за проследяване на слънцето, наподобяваща екваториална монтировка на телескоп. Тя непрекъснато насочва слънчевата светлина към 20-метров пластмасов оптичен кабел, който я предава в тъмна стая за помпане на нелинеен кристал (PPKTP).

Въпреки постоянните колебания в яркостта и посоката на слънчевата светлина, инсталацията успешно генерира двойки фотони със силна пространствена корелация. За проверка на системата учените използваха техниката на „призрачната“ визуализация, при която изображението се възстановява не чрез директно детектиране, а с помощта на корелирани фотони.

Системата, захранвана със слънчева енергия постигна видимост на „призрачното“ изображение от 90,7%, което е само малко по-ниско от показателя от 95,5%, получен при използване на стандартен 405 nm лазер със същата мощност на помпата. Освен простите тестове, изследователите успешно възстановиха по-сложно двуизмерно изображение – „призрачно лице“.

Според учените, широкият спектър на слънчевата светлина помага за поддържането на квазифазова синхронизация в кристала, позволявайки създаването на голям брой корелирани двойки фотони. Събирането на данни в продължение на дълъг период от време позволи да се подобри съотношението сигнал/шум, доказвайки стабилността на системата, въпреки естествените колебания на слънчевата светлина.

Този експеримент бележи първата успешна демонстрация на SPDC със слънчево захранване в комбинация с „призрачна“ визуализация. Елиминирайки необходимостта от лазери и външно електрозахранване, системата създава напълно пасивен източник на корелирани фотони.

Изследователите смятат, че технологията може да се окаже особено полезна за бъдещи квантови системи за визуализация и предаване на информация, използвани в отдалечени среди или космически приложения. По-нататъшното усъвършенстване на методите за събиране на слънчева светлина, инженерството на кристалите и алгоритмите за реконструкция на изображения, включително компресирано сондиране и машинно обучение може да подобри още повече качеството и скоростта на визуализацията.