Quantenverschränkung gilt als Domäne riesiger, stromfressender Lasersysteme. Ein neues Experiment zeigt: Die Sonne kann das auch.

Wissenschaftler der Universität Ottawa und des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts (MPL) haben verschränkte Photonenpaare direkt aus Sonnenlicht erzeugt und ihre Ergebnisse im Fachjournal Optica veröffentlicht. Bei der sogenannten spontanen parametrischen Abwärtskonversion – bei der ein Pumpstrahl in einem nichtlinearen Kristall in verschränkte Photonenpaare zerfällt – ersetzte das Team den üblichen Laserpumpstrahl durch konzentriertes Sonnenlicht.

Die Hauptschwierigkeit war die Größe: Der Kristall ist nur etwa einen Millimeter breit. Hanieh Fattahis Team am MPL baute einen vollständig aus Glas gefertigten, kegelförmigen Solarkonzentrator, der Sonnenlicht mit einer Fresnel-Linse in etwa der Größe eines Hausfensters sammelt und in eine optische Faser von der Breite eines Haares leitet. In einem Freiluft-Experiment zeigte die Quantenzustands-Tomographie, dass die mit Sonnenlicht erzeugte Verschränkung zu etwa 94 % einem perfekt verschränkten Zustand ähnelte; zudem wiesen die Photonen Korrelationen auf, die Bells Ungleichung verletzen – ein Beweis echter Quantenverschränkung.

Erstautor Cheng Li, Absolvent der Universität Ottawa, sagt, der Ansatz könnte es Satelliten eines Tages ermöglichen, mit dem im Weltraum reichlich vorhandenen Sonnenlicht sichere Verschlüsselungsschlüssel zu erzeugen und Quantencomputer zu skalieren, ohne deren Energiebedarf zu erhöhen. Das Team arbeitet nun daran, die Helligkeit und die Verschränkungsqualität zu verbessern.

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