Когда солнце ведёт себя странно: революция в квантовых камерах

Одна идея меня по-настоящему удивила: учёные научились использовать обычный солнечный свет для квантовых экспериментов. Раньше для этого требовались дорогие и капризные лазеры в специальных лабораториях.

Звучит как фантастика, но это уже работает.

Проблема с лазерами

В квантовой оптике десятилетиями использовали один приём. Мощный лазер направляли на особый кристалл. Свет расщеплялся на пары «связанных» фотонов — их называют запутанными.

Чтобы всё работало, лазер должен быть идеальным. Постоянная мощность, стабильная температура, чистый свет. Для этого нужна лаборатория с климат-контролем, мощное питание и сложное оборудование. Всё это стоит огромных денег и требует специалистов.

Долгое время считалось, что по-другому нельзя. Квантовая оптика — только в лаборатории.

Оказалось, идеальный свет не нужен

Исследователи задали простой вопрос: а действительно ли нужен идеальный лазер? Ответ оказался неожиданным — нет.

Даже неидеальный свет может создавать запутанные фотоны. Главное, чтобы у него были определённые свойства. Эти свойства передаются фотонам.

Тогда возник второй вопрос: а что, если использовать солнечный свет?

На первый взгляд идея выглядит абсурдной. Солнце постоянно меняет яркость, свет смещается, мешают облака. Это полная противоположность тому, что нужно для квантовых экспериментов.

Но именно в этом и была идея. Солнечный свет не требует электричества. Не нужна сложная установка. Если всё получится, квантовую съёмку можно будет проводить где угодно — в пустыне, на горе, даже в космосе.

Эксперимент в Китае

Группа учёных из университета Сямэнь в Китае решила проверить, работает ли это. Они построили систему, которая собирает солнечный свет и использует его вместо лазера.

Система включает:

• Трекер, который поворачивается и всегда следит за солнцем
• Двадцатиметровый световод, который доставляет свет внутрь здания
• Особый кристалл, который расщепляет свет на запутанные пары фотонов

Простая и красивая идея: взять сложную квантовую технологию и сделать так, чтобы она работала на бесплатном солнечном свете.

Результаты

Эксперимент удался. Несмотря на колебания солнечного света, система создавала пары фотонов с хорошими связями между ними.

Они использов эти фотонами для «призрачной съёмки». Это квантовый способ фотографирования — не обычный камера,而是 по связям между фотонами восстанавливали изображение.

Результаты впечатляют. Система на солнечном свете получила качество изображений 90,7%. Лабораторный лазер с той же мощностью показывал 95,5%. Разница небольшая — по сути, бесплатный солнечный свет почти не уступает искусственному.

Они даже восстановили полноценное двумерное изображение. Назвали его «призрачное лицо».

Почему это важно

Эта работа имеет несколько практических последствий:

• Теперь квантовые системы можно ставить в удалённых местах. На острове, на горе, в пустыне — без электричества и сложной транспортировки оборудования
• Возможны квантовые сенсоры в космосе. Космические аппараты смогут работать без тяжёлых лазерных систем и без большого потребления энергии
• Это красивая идея: использовать один из самых доступных ресурсов на планете — солнечный свет — для передовых квантовых технологий

Что дальше

Учёные говорят, что систему можно улучшить. Лучше собирать свет, совершенствовать кристаллы, применять алгоритмы искусственного интеллекта для обработки изображений.

Но главное — это не случайная эксперимент. Это основа для новых технологий. Мы только в начале пути.

Интересно другое. Учёные взяли технологию, которую считали исключительно лабораторной, и сделали так, чтобы она работала на обычном солнце. Это и есть практическое мышление, которое двигает науку вперёд.

Квантовая революция может получить энергию прямо из космоса.