Generering af lys i en kvantesuperposition med et fotonantal

Fysikere ved C2N har for første gang demonstreret den direkte generering af lys i en tilstand, der samtidig er en enkelt foton, to fotoner, og slet ingen foton. De viste, at den samme slags lysemitter, der blev brugt i årtier, også er i stand til at generere disse kvantetilstande, og forvent, at dette gælder for enhver form for atomsystem.

Quantum superposition er en egenskab ved kvantefysik, der tillader objekter at eksistere samtidigt i forskellige tilstande. Et berømt teoretisk eksempel er Schrödingers kat, som er både død og levende. Lad os forestille os en mus, der forsøger at finde udgangen af ​​en labyrint. På det klassiske område, det vil prøve hver vej, en ad gangen, indtil den endelig finder udgangen. I kvanteverdenen, imidlertid, superposition giver musen mulighed for at prøve alle forskellige stier samtidigt, finder derfor udgangen meget hurtigere. For lys, superposition er blevet vist i flere af dets egenskaber. For eksempel, i sin polarisering, hvor det elektromagnetiske felt for en enkelt foton svinger både lodret og vandret, eller på en sti, tager alle mulige baner inde i interferometre, den fotoniske version af en labyrint. Superposition er også mulig i tide, med fotoner, der eksisterer samtidigt på tidligere og senere tidspunkter.

Imidlertid, skaber lys i en tilstand, der samtidig er en enkelt foton, to fotoner, eller slet ingen foton, med andre ord en kvantesuperposition af "foton tal, "er forblevet undvigende. Nogle komplekse eksperimenter har opnået disse overlejringstilstande et par gange, men det er aldrig blevet opnået på forespørgsel, mening med succes ved hvert forsøg. I øvrigt, det var ikke kendt, om der eksisterede direkte udsendere af disse stater. I et værk udgivet i Natur fotonik , forskere fra CNRS og samarbejdspartnere har for første gang demonstreret on-demand-generering af lys i en kvantesuperposition af fotonantal.

Forskerne studerede emissionen af ​​et kunstigt atom, en halvlederkvantumpunkt indsat i en optisk mikrohule. "Ved at udføre en sammenhængende excitation af kvantepunktet med optiske pulser, vi viste, at kvantesammenhængen i atomtilstanden bevares gennem spontan emission og præges på den udsendte fotoniske tilstand, genererer en kvantesuperposition på nul, en, og to fotoner, "bemærk Juan Loredo og Carlos Antón, hovedforfattere af undersøgelsen.

Sådanne observationer, aldrig set før i noget atomsystem, demonstrere, at kunstige atomer som kvantepunkter nu kontrolleres til et sådant punkt, at de opfører sig som de systemer, der er beskrevet i lærebøger. Disse nye kvantetilstande baseret på den sammenhængende overlejring af fotonantalstilstande åbner spændende veje til at designe og implementere nye skemaer inden for kvantekommunikation og beregning.