想制造一对量子纠缠光子需要怎样的泵浦源？长期以来，研究人员给出的答案是需要先准备一台激光器。现在，太阳光也可以做到了。
近期，德国马克斯・普朗克光科学研究所与加拿大渥太华大学等团队首次证明，利用太阳光在户外真实条件下能够直接驱动自发参量下转换（SPDC），产生量子纠缠光子对。
在实验中，研究人员利用一套太阳能聚光系统收集约 1.4 平方米范围内的太阳光，将其导入细如头发丝的多模光纤，再用于驱动非线性晶体。
最终产生的光子对纠缠保真度接近 94%，与近年来激光泵浦方案的结果相当。这意味着，在产生纠缠光子这件事上，激光并非唯一选择。更重要的是，太阳光并不需要经历从“太阳能-电能-激光”的光电能量转换过程，也省去了激光泵浦系统带来的部分复杂设备和能量开销。
相关论文发表于 Optica[1]。对卫星、深空探测器等能源和散热条件受严格限制的设备来说，这项研究提供了一种更简单、更节能的量子光源方案。
没有激光，就造不出量子纠缠吗？
纠缠光子是量子通信、量子计算和量子传感的重要资源。
目前，产生纠缠光子对的一种常见方法是 SPDC。简单来说，当泵浦光进入非线性晶体后，其中一个高能光子可转化为两个能量较低的孪生光子；通过适当设计，这两个光子之间能形成无法由经典物理解释的量子纠缠。
过去几十年，激光一直被认为是驱动这一过程最合适的光源，主要原因在于相干性和功率密度。具体来说，激光具有很高的光学相干性，即光波之间能够保持稳定的相位关系。长期以来，人们认为要通过 SPDC 获得稳定的量子关联，需要这样高度相干的泵浦光场。
在功率密度方面，非线性光学过程往往需要足够强的泵浦光，而激光可将大量能量集中在很小的区域内。相比之下，天然太阳光在空间和时间上高度不相干，光线也更分散，因此一直被认为不适合用于产生纠缠光子。
图丨利用太阳光产生量子纠缠的实验装置概念性示意图（来源：Optica）
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