La tecnología cuántica ha dado por sentado durante mucho tiempo que el entrelazamiento, la conexión entre partículas que sustenta la computación cuántica y las comunicaciones seguras, requiere un láser. Los láseres son coherentes: sus ondas avanzan al mismo paso y en un solo color, y ese orden ha parecido necesario para inducir a los cristales no lineales a dividir fotones en pares entrelazados. Un equipo de la Universidad de Ottawa y del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz ha roto ahora esa suposición de la manera más directa posible, apuntando un concentrador solar al cielo y usando luz solar corriente para generar fotones entrelazados al aire libre.
El experimento, publicado en Optica, culmina una discusión de una década dentro del grupo de Robert Boyd según la cual la coherencia no es en realidad el requisito. El entrelazamiento puede residir en una sola propiedad de la luz, la polarización, incluso cuando la luz está completamente desordenada en otras propiedades, como el color y la dirección. El equipo lo demostró primero con LED, que son incoherentes pero producen fotones entrelazados en polarización. La luz solar era la prueba más difícil: se dispersa en todas las direcciones y contiene un arcoíris de colores, y algunos de los investigadores más destacados del campo dudaban de que siquiera surgiera algún fotón, y mucho menos entrelazado, de un proceso no lineal impulsado por luz solar.
El montaje es un ejercicio de concentrar el caos. Una lente de Fresnel de aproximadamente el tamaño de una ventana doméstica capta la luz solar directa; un concentrador de vidrio en forma de cono, construido por el equipo de Hanieh Fattahi en el Instituto Max Planck, canaliza la luz hacia una fibra óptica de aproximadamente el grosor de un cabello humano. La luz solar concentrada, todavía muy incoherente en el espacio y en el tiempo, se polariza y se dirige hacia un cristal de titanil fosfato de potasio periódicamente polarizado, donde la conversión paramétrica espontánea descendente divide los fotones individuales de bombeo en pares de fotones entrelazados en polarización.
Los resultados superan el listón del entrelazamiento cuántico genuino. La tomografía de estado cuántico reconstruyó el estado de dos fotones con una concurrencia de 0,905 más o menos 0,053, en una escala donde 1 es el entrelazamiento máximo, y una fidelidad de 0,939 respecto al estado de Bell ideal. El parámetro CHSH de Bell medido, 2,54, supera el límite clásico de 2 en unas dos desviaciones estándar y media, lo que descarta cualquier explicación de variables ocultas locales. La tasa de generación de pares, normalizada a la potencia de bombeo, es comparable a la de las fuentes bombeadas por láser.
Su importancia es en parte práctica y en parte conceptual. Los láseres consumen vatios de electricidad para entregar milivatios de potencia óptica, y la infraestructura criogénica y de vacío de los sistemas cuánticos añade más costes energéticos; el sector de las tecnologías de la información y la comunicación ya representa un pequeño porcentaje de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Una fuente bombeada por luz solar es la primera fuente de fotones entrelazados que funciona sin aporte de energía eléctrica, aparte del control de temperatura del cristal. Los investigadores señalan a los satélites, que están bañados en luz solar sin filtrar y que actualmente llevan láseres para la distribución cuántica de claves; una fuente alimentada por energía solar podría eliminar gran parte del hardware de soporte. La misma lógica se aplica a escalar la computación cuántica sin aumentar la carga energética.
El punto conceptual es más sutil y posiblemente más importante. El experimento demuestra que la coherencia de una fuente de luz en un grado de libertad no limita el entrelazamiento alcanzable en otro. El equipo diseñó el montaje de modo que las diferencias de color y de dirección de propagación no afectaran a la polarización de los fotones, y la teoría predijo que, si el entrelazamiento reside solo en la polarización, lo que importa es el orden del bombeo en su dirección de oscilación, no su dirección ni su color. El experimento confirma esa predicción con luz natural.
Las salvedades son honestas. El experimento se realizó al aire libre, por lo que el tiempo meteorológico y la hora del día afectaron a la potencia acoplada; el equipo midió una variación diurna de la potencia de bombeo, y los 100 a 200 nanovatios entregados al cristal dentro del ancho de banda pertinente son una pequeña fracción de lo que proporciona un láser. Las tasas de pares detectadas son modestas, alrededor de 1.600 pares por segundo por milivatio de bombeo, y la eficiencia de utilización de la luz solar está limitada por el estrecho ancho de banda de adaptación de fases del cristal. Hará falta ingeniería para hacer la fuente más brillante, ampliar la adaptación de fases y convertir una prueba de principio en un dispositivo desplegable.
La comparación con las fuentes bombeadas por láser merece matices. Normalizada al ancho de banda espectral del bombeo, la tasa de generación de pares impulsada por luz solar es comparable a la del SPDC basado en láser; la diferencia es que un láser concentra su potencia en una línea estrecha, mientras que la luz solar reparte su energía en un espectro amplio, de modo que la tasa absoluta de pares de fotones procedentes de la luz solar es mucho menor. El logro del equipo no es que la luz solar supere a un láser, sino que funcione siquiera, y que la calidad del entrelazamiento, la propiedad que importa para la información cuántica, esté a la par. Para aplicaciones donde la potencia es abundante y gratuita, como ocurre en el espacio, esa disyuntiva se vuelve atractiva: los paneles solares de un satélite ya existen, y un concentrador más un cristal podrían sustituir a un láser y a su electrónica de soporte.
El resultado tiene también un arco histórico. El mismo grupo pasó años defendiendo, contra el escepticismo del campo, que la luz incoherente podía producir entrelazamiento, primero en teoría, luego con LED y ahora con luz solar. Cada paso trasladó la demostración del laboratorio al mundo, y el montaje al aire libre, con su lente de Fresnel y su seguidor solar, es un tipo de experimento cuántico genuinamente distinto: uno que depende del tiempo meteorológico. El resultado aclara también la relación fundamental entre coherencia y entrelazamiento, al mostrar que ambas están desacopladas entre grados de libertad de una manera que la teoría anterior no apreció del todo.
Con todo, la demostración cierra un capítulo de la óptica cuántica que la mayoría de los investigadores daba por cerrado antes de que siquiera se abriera. El escepticismo al que se enfrentó el equipo, con figuras destacadas que dudaban incluso de la detección de fotones en la conversión descendente impulsada por luz solar, da un filo al resultado: la física del entrelazamiento no requiere el equipo más caro del laboratorio. Puede funcionar con luz diurna.
Traducido por Alessandra
Fuentes: Li, C., Brar, J., Küblböck, M., Upham, J., Fattahi, H. & Boyd, R.W. Generating quantum entanglement from sunlight. Optica 13, 1508 (2026). DOI: 10.1364/OPTICA.601797. Preprint: arXiv:2602.15655.