Fotoni intrecciati prodotti direttamente dal sole senza laser
Nuova ricerca dimostra che la luce solare può generare fotoni entangled senza l’uso di laser, aprendo la strada a tecnologie quantistiche più sostenibili.
La luce solare potrebbe presto sostituire i laser nella produzione di fotoni intrecciati, un passo significativo verso tecnologie quantistiche più sostenibili. Un team internazionale di ricercatori, guidati dall’Università di Ottawa (Canada) e dal Max Planck Institute for the Science of Light (Germania), ha dimostrato che è possibile generare fotoni in stato di entanglement direttamente dalla luce solare, senza l’uso di sorgenti laser. Questo risultato, pubblicato su Optica la scorsa settimana, apre nuove possibilità per applicazioni in ambito spaziale e di comunicazione quantistica, riducendo l’impatto ambientale delle tecnologie quantistiche.
Entanglement quantistico senza laser
Tradizionalmente, i laser sono stati considerati indispensabili per generare fotoni intrecciati, grazie alla loro alta coerenza ottica. Tuttavia, la ricerca dimostra che la luce solare, pur essendo incoerente, può essere utilizzata per indurre la generazione di entanglement tramite un processo chiamato conversione parametrica verso il basso spontanea (Spdc). Il team ha sviluppato un concentratore solare a forma di cono, in grado di raccolgere e guidare la luce solare in un cristallo non lineare, dove si verifica il processo di entanglement. Questo sistema, realizzato internamente presso l’università tedesca, ha permesso di ottenere un grado di entanglement molto elevato, con una fedeltà di quasi il 94 per cento, simile a quello dei laser.
La luce solare, se raccolta e concentrata in modo ottimizzato, potrebbe offrire un’alternativa più sostenibile rispetto ai laser. I laser commerciali sono estremamente inefficienti: assorbono watt di potenza elettrica per produrre solo pochi milliwatt di potenza ottica, sprecando energia sotto forma di calore o per stabilizzare lo spettro e la temperatura del raggio. Al contrario, la luce solare, se raccolta e concentrata in modo ottimizzato, potrebbe offrire un’alternativa più sostenibile. L’efficienza della generazione di entanglement indotta dalla luce solare è risultata paragonabile a quella dei laser, quando il tasso di produzione dei fotoni è normalizzato rispetto alla potenza di pompaggio e alla larghezza di banda effettiva del processo non lineare.
Un futuro sostenibile per le tecnologie quantistiche
La capacità di generare fotoni intrecciati direttamente dalla luce solare potrebbe consentire la realizzazione di sistemi quantistici più semplici e resilienti, specialmente per satelliti e missioni spaziali. Inoltre, l’uso della luce solare elimina la conversione da elettrica a ottica, riducendo il calore residuo e i costi di stabilizzazione. Questo approccio potrebbe essere particolarmente utile in ambienti con risorse limitate, come a bordo di satelliti o in regioni remote.
La luce solare, grazie al suo ampio spettro, potrebbe permettere l’accesso a fotoni entangled su una gamma più ampia di lunghezze d’onda. Inoltre, l’alimentazione diretta delle sorgenti di luce quantistica tramite la luce solare elimina la necessità di stabilizzazione attiva, riducendo i potenziali punti di guasto. Questa caratteristica è particolarmente interessante per l’impiego in ambienti strategicamente importanti ma con risorse limitate, come missioni interplanetarie o operazioni in regioni remote.
«La parte migliore di questa ricerca è che si tratta solo di un inizio», conclude Robert Boyd, coautore dello studio. «Oltre all’Spdc, esistono molti altri approcci ottici non lineari per generare fotoni intrecciati, e per ciascuna di queste interazioni esistono modi per renderle più efficienti. Riteniamo che questo lavoro possa ispirare numerose nuove ricerche nell’ottica non lineare e quantistica, e che tali ricerche possano a loro volta rendere più praticabile la tecnologia quantistica alimentata dalla luce solare».