Když slunce začne dělat kvantové triky

Představte si, že sluneční světlo, které vám dopadá na obličej při ranní procházce, dokáže provádět triky z kvantové optiky. Ty samé, které se doteď dělaly jen s drahými lasery v uzavřených laboratořích. Zní to jako sci-fi? Možná. Ale funguje to.

Proč lasery nejsou ideální

Kvantová optika dlouho spoléhala na jeden trik. Silný a velmi stabilní laser zasvítí do speciálního krystalu a rozštěpí se na páry provázaných fotonů. Tahle metoda se jmenuje SPDC a vyžaduje světlo téměř dokonalé — čisté, stálé, přesně nastavené.

Laboratoř musí mít klimatizaci, stabilní napájení a spoustu dalšího vybavení. Celé zařízení stojí stovky tisíc dolarů a obsluha potřebuje doktorát. Kvantová optika tak byla dlouho výhradně věcí pro uzavřená pracoviště.

Sluneční světlo jako náhrada

Výzkumníci si ale položili otázku: Potřebujeme opravdu tak dokonalé světlo? Ukázalo se, že ne. I chaotické, částečně spřažené světlo dokáže vytvářet provázané fotony. Stačí, kdybě některé vlastnosti přenášejí.

A nejchaotější světlo z možných? Sluneční. Stále se mění v intenzitě, sleduje denní pohyb a často se objevuje jen mezi přívaly virů — přesně to, co kvantovou optika obvykle odmítá.

Praktický pokus

Team na Xiamen University v Číně se rozhodl, že to zkusí. Zkonstruovali zařízení, který sleduje slunce pohyblivou montáží. Světlo se přes 20metrovou optickou vlákno dostává do tmavé laboratoře a zde zasahuje krystal, joka rozdělí světlo na provázané páry fotonů.

Slunce obstálo

Navzdory všem přirozeným výkyvům v slunečním světle se system podařilo vytvořit páry fotonů s silnou provázaností. Tato páre se použily pro „ghost imaging“ — kvantovou fotografii. Dara se získává díed provázanosti mezi fotony, ne přímým snímáním.

Kvalité obrazu dosáhla 90,7 % visibility. Pro srovnání, standardní laser dosahuje 95,5 %. Rozdíl je malý a světlo navíc přichází zadarmo.

Co to znamená v praxi

Tento přístup má několik praktických výhod. První je přístup k kvantovým technikám v odlehlých místech — ostrovy, pouště, horské vrcholy. Druhá je pro vesmírné aplikace. Satelity a sondy budou můžou používat kvantovou důvěru bez těžkých laserů a velkého spotřeby energie.

Šance na další zlepšení

Výzkumníci vidí další možnosti. Lepší sběr světla, lepší krystaly a chytrější algoritmy pro obnovu obrazu — vše můžou posunout výkon ještě výš.

Tento pokus prokázuje, že kvantová optika nemusí být vždy vázána na laboratoře. Slunce nabízí jednoduchou, levnou a univerzální energii. A nynějším pokusy ukazují, že to stačí pro začátek.