科学家们实现了一项曾经听起来几乎不可能的壮举：利用普通太阳光产生量子关联光子对，这种现象通常依赖于精密的实验室激光器。研究人员构建了一套太阳跟踪系统，将太阳光经由光纤导入特殊晶体，从而产生了能够进行“鬼成像”的强关联光子；在这种成像技术中，图像是通过量子关联间接重建的。值得注意的是，这套太阳光驱动的装置产生的图像质量接近传统激光系统，甚至重现了诸如“鬼脸”之类的细节图像。
最近的研究表明，自发参量下转换（SPDC）的工作实际上并不需要完全相干光。即使是部分相干光源也能产生关联光子对，同时将其自身的一些相干特性转移给生成的光子。这一发现引出了一个引人入胜的问题：阳光本身能否用于产生关联光子对？
将阳光用于量子光学
将阳光转化为可用的SPDC源面临着重大障碍。到达地球的阳光在亮度、方向和位置上不断波动，使得维持SPDC实验和光子探测所需的精确对准变得困难。
与此同时，阳光具有一个主要优势。与激光不同，它不需要电力或复杂的实验室设备。基于阳光的系统有可能在偏远地区甚至太空中运行，而在这些地方，传统的激光系统可能不切实际。
厦门大学张武虹和陈理想领导的研究团队现已展示了一种可行的解决方案。科学家们在《先进光子学》（Advanced Photonics）上发表文章，描述了一种利用阳光作为SPDC唯一泵浦源的实验装置。
他们的系统包括一个类似于赤道仪基座的自动太阳跟踪装置。该跟踪器全天连续跟踪太阳，并将阳光导入一根20米长的塑料多模光纤。光纤将光传输至暗室实验室，在那里泵浦一块周期性极化磷酸钛氧钾（PPKTP）非线性晶体。
阳光成功产生关联光子对
尽管自然阳光不稳定，该装置仍成功产生了具有强位置关联的光子对。为了测试该系统，研究人员利用这些光子对进行了鬼成像，这是一种利用关联光子而非直接空间探测来重建图像的量子成像技术。
该阳光驱动系统的鬼成像可见度达到了90.7%，接近于在相同泵浦功率下运行的标准405纳米激光器所产生的95.5%的可见度。
除了简单的双缝成像外，研究人员还重建了一幅更精细的二维图像，被描述为“鬼脸”。结果表明，该阳光驱动系统能够处理更复杂的空间图案。
研究人员表示，阳光的宽光谱有助于支持非线性晶体内部的准相位匹配，从而允许产生大量位置关联的光子对。通过长时间收集数据，团队提高了信噪比和对比度噪声比，表明尽管阳光存在自然波动，该系统仍能保持稳定的性能。
全被动式量子成像系统
该实验标志着阳光泵浦SPDC与鬼成像结合的首次成功演示。通过消除对激光器和外部电源的需求，该系统创造了一种全被动的关联光子对源。
研究人员认为，这项技术对于未来在偏远环境或太空应用中使用的量子成像和量子信息系统可能特别有用。
他们还指出，阳光收集、晶体工程以及图像重建方法（包括压缩感知和机器学习）的进步，可以进一步提高图像质量和成像速度，同时有助于推动该技术向实际应用迈进。