相關和糾纏光子對是量子光學中的重要工具。科學家通常透過一種稱為自發參量下轉換（SPDC）的過程來產生這些光子對，其中強大的、高度穩定的雷射照射在非線性晶體上。由於 SPDC 依賴相干激光，研究人員長期以來一直認為該技術在嚴格控制的實驗室環境之外不切實際。
最近的研究表明，SPDC 的運作並不需要完全相干光。即使部分相干光源也可以產生相關光子對，這反過來又將一些相干特性傳遞給產生的光子。這項發現讓研究人員提出了一個有趣的問題：陽光本身可以用來產生相關的光子對嗎？
利用陽光進行量子光學
將陽光轉化為 SPDC 的可用來源面臨重大障礙。到達地球的陽光在亮度、方向和位置上不斷變化，因此很難保持 SPDC 實驗和光子探測所需的精確對準。
同時，陽光也提供了很大的優勢。與雷射不同，它不需要電力或複雜的實驗室設備。基於太陽能的系統可以在傳統雷射系統無法操作的偏遠地區或太空中運作。
廈門大學張武宏和陳立祥領導的研究小組現在展示了一個行之有效的解決方案。寫作 先進光子學科學家描述了一種使用陽光作為 SPDC 唯一泵浦源的實驗裝置。
他們的系統包括一個類似赤道望遠鏡的自動太陽追蹤裝置。該追蹤器全天連續追蹤太陽，並將陽光引導到 20m 多模塑膠光纖中。光纖將光傳輸到黑暗的室內實驗室，並定期泵送非線性磷酸氧鈦鉀 (PPKTP) 晶體。
陽光產生良好相關的光子對
儘管自然陽光不穩定，裝置還是成功地產生了具有強位置相關性的光子對。為了測試該系統，研究人員使用光子對進行重影成像，這是一種量子成像技術，使用相關光子而不是直接空間檢測來重建影像。
陽光驅動的系統實現了 90.7% 的幻影影像可見度，接近在相同泵浦功率下運行的標準 405 nm 雷射產生的 95.5% 可見度。
除了簡單的雙縫圖像之外，研究人員還重建了更詳細的二維圖像，稱為「鬼臉」。結果表明，太陽能係統可以處理更複雜的空間模式。
研究人員表示，太陽光的廣譜支持非線性晶體內的準相位匹配，從而可以產生大量與位置相關的光子對。透過長時間收集數據，團隊提高了信噪比和對比度，顯示儘管陽光自然波動，該系統仍能保持穩定的性能。
完全被動的量子成像系統
該實驗標誌著組合太陽光泵浦 SPDC 鬼成像的首次成功演示。該系統無需雷射和外部電源，即可創建完全被動的相關光子對源。
研究人員認為，該技術對於未來在遠端環境或太空應用中使用的量子成像和量子資訊系統特別有用。
他們還指出，陽光採集、晶體工程和影像重建方法（包括壓縮感測和機器學習）的進步可以進一步提高影像品質和影像速度，同時有助於使該技術更接近現實世界的實際應用。
