Podstawę eksperymentu stanowi proces spontanicznego parametrycznego podziału częstości (SPDC), zachodzący w krysztale nieliniowym o rozmiarach zaledwie kilku milimetrów. Zazwyczaj fotony pompy pochodzą z precyzyjnie dostrojonego lasera. Tym razem naukowcy pod kierunkiem Chenga Li oraz prof. Roberta Boyda z University of Ottawa, we współpracy z zespołem Hanieh Fattahi z Instytutu Nauk o Świetle Maxa Plancka (MPL) w Niemczech, zastąpili wiązkę laserową silnie spolaryzowanym światłem słonecznym. Choć promieniowanie to pozostaje skrajnie niespójne przestrzennie i czasowo – składa się z fotonów o najróżniejszych barwach podążających w wielu kierunkach – kluczem okazało się narzucenie mu jednego kierunku oscylacji pola. Zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, jeżeli splątanie kodowane jest wyłącznie w polaryzacji, rozbieżności w barwie i kącie propagacji fotonów przestają degradować pożądany stan kwantowy.
Główną barierą inżynieryjną było dostarczenie odpowiedniej gęstości energii na miniaturowy kryształ. Zespół z instytutu MPL opracował w tym celu całkowicie szklany koncentrator solarny w kształcie stożka. Układ ten skupia promienie słoneczne przechwycone przez soczewkę Fresnela o powierzchni zbliżonej do domowego okna, a następnie wprowadza je do światłowodu o grubości ludzkiego włosa, skąd skoncentrowany strumień trafia bezpośrednio na kryształ nieliniowy.
Testy plenerowe przeprowadzone na terenie instytutu MPL jednoznacznie potwierdziły powodzenie metody. Tomografia stanów kwantowych wykazała, że uzyskane ze światła słonecznego pary fotonów wykazują wierność rzędu 94% względem idealnego stanu splątanego. Eksperyment potwierdził również łamanie nierówności Bella, co ostatecznie wyklucza klasyczne wyjaśnienia korelacji i dowodzi prawdziwie kwantowej natury wygenerowanych cząstek, ucinając wcześniejszy sceptycyzm części środowiska naukowego powątpiewającego w możliwość detekcji jakichkolwiek nieliniowych zjawisk optycznych zasilanych słońcem.
Odkrycie to otwiera drogę do budowy pasywnych, energooszczędnych węzłów łączności kwantowej, kryptografii, precyzyjnych sensorów oraz skalowalnych komputerów kwantowych. Szczególnie obiecującym zastosowaniem są satelity orbitalne, które mogłyby generować bezpieczne klucze kwantowe przy użyciu powszechnie dostępnego w przestrzeni kosmicznej promieniowania słonecznego, eliminując ciężkie lasery i towarzyszącą im elektronikę. Badacze planują obecnie optymalizację jasności układu oraz zbadanie innych nieliniowych procesów optycznych, w tym mieszania czterofalowego.
