Kvantteknik bygger ofta på avancerade lasersystem som kräver stabil strömförsörjning och noggrant kontrollerade laboratoriemiljöer. Nu har forskare visat att det kan finnas ett betydligt enklare alternativ.
I en ny studie har forskarna för första gången demonstrerat att vanligt solljus kan användas för att skapa korrelerade fotonpar, en grundläggande resurs inom kvantteknik. Genombrottet öppnar möjligheten att utveckla helt passiva kvantsystem som drivs direkt av solen, utan behov av laser eller extern elektricitet.
Solljus ersätter laser
Normalt skapas korrelerade eller sammanlänkade fotonpar genom att en kraftfull laser riktas mot en icke-linjär kristall.
I den nya studien ersatte forskarna lasern med koncentrerat solljus.
Trots att solljus är betydligt mer oregelbundet än laserljus lyckades kristallen skapa stora mängder korrelerade fotonpar genom en process som kallas spontan parametrisk nedkonvertering (SPDC). Det är första gången fenomenet demonstreras experimentellt med solen som enda energikälla.
Lyckades skapa ”spökbilder”
För att visa att fotonparen verkligen fungerade använde forskarna dem i ett experiment med så kallad ghost imaging.
Tekniken fungerar genom att två korrelerade fotoner skapas samtidigt:
- den ena träffar objektet,
- den andra registreras av en kamera.
Genom att kombinera informationen från de båda fotonerna går det att återskapa en bild – trots att kameran aldrig direkt har sett objektet.
Forskarna lyckades inte bara avbilda enkla mönster utan även skapa mer detaljerade tvådimensionella bilder, vilket visar att metoden fungerar även för mer komplexa motiv.
Solens breda spektrum blev en fördel
Till skillnad från en laser innehåller solljus många olika våglängder.
Forskarna upptäckte att detta faktiskt gav en oväntad fördel.
Det breda spektrumet gjorde det möjligt att uppnå kvasi-fasanpassning i kristallen, vilket ökade produktionen av korrelerade fotonpar över ett större våglängdsområde och förbättrade systemets stabilitet under långa mätningar.
Signalerna blev tydligare med tiden
Eftersom solljus varierar i intensitet samlade forskarna in data under längre tidsperioder.
När observationerna kombinerades förbättrades både:
- signal-brusförhållandet,
- kontrasten i de rekonstruerade bilderna.
Resultaten visar att systemet kan fungera stabilt trots naturliga variationer i solljuset.
Kan användas där elektricitet saknas
Forskarna ser flera möjliga användningsområden.
Tekniken skulle bland annat kunna användas för:
- kvantavbildning i avlägsna miljöer,
- rymdsonder,
- satelliter,
- miljöövervakning,
- framtida kvantsensorer med mycket låg energiförbrukning.
Eftersom systemet inte kräver någon laser eller extern strömkälla kan det bli betydligt enklare och billigare än dagens kvantoptiska utrustning.
Bara början på en ny teknik
Forskarna betonar att tekniken fortfarande befinner sig på experimentstadiet.
Nästa steg blir att förbättra solljusinsamlingen, utveckla effektivare kristaller och använda modern bildrekonstruktion med bland annat maskininlärning för att öka hastigheten och bildkvaliteten.
Trots det beskriver forskarna resultaten som ett viktigt genombrott. Studien visar att solen inte bara kan driva solceller – utan även kan fungera som energikälla för framtidens kvantteknik. Om metoden kan utvecklas vidare kan den bana väg för helt nya typer av passiva kvantsystem som fungerar nästan var som helst där solen lyser.
Publikationsuppgifter
Cheng Li m.fl., Generering av kvantförveckling från solljus, Optica (2026). DOI: 10.1364/optica.601797