Kvanteforskere i stand til at opdele en foton i tre

Forskere fra Institute for Quantum Computing (IQC) ved University of Waterloo rapporterer den første forekomst af direkte opdeling af en foton i tre.

Forekomsten, den første af sin slags, brugte den spontane parametriske ned-konverteringsmetode (SPDC) i kvanteoptik og skabte det, som kvanteoptikforskere kalder en ikke-Gaussisk lystilstand. En ikke-Gaussisk lystilstand betragtes som en kritisk ingrediens for at opnå en kvantefordel.

"Det var underforstået, at der var grænser for typen af ​​sammenfiltring, der blev genereret med to-foton-versionen, men disse resultater danner grundlaget for et spændende nyt paradigme af tre-foton kvanteoptik, " sagde Chris Wilson, en principforsker ved IQC-fakultetet og en professor i elektro- og computerteknik ved Waterloo.

"I betragtning af at denne forskning bringer os forbi den kendte evne til at opdele en foton i to sammenfiltrede datterfotoner, vi er optimistiske over, at vi har åbnet et nyt udforskningsområde."

"To-foton-versionen har været en arbejdshest for kvanteforskning i over 30 år, " sagde Wilson. "Vi tror, ​​at tre fotoner vil overvinde grænserne og vil tilskynde til yderligere teoretisk forskning og eksperimentelle anvendelser og forhåbentlig udviklingen af ​​optisk kvanteberegning ved hjælp af superledende enheder."

Wilson brugte mikrobølgefotoner til at strække de kendte grænser for SPDC. Den eksperimentelle implementering brugte en superledende parametrisk resonator. Resultatet viste tydeligt den stærke korrelation mellem tre fotoner genereret ved forskellige frekvenser. Igangværende arbejde har til formål at vise, at fotonerne er viklet ind.

"Ikke-Gaussiske stater og operationer er en kritisk ingrediens for at opnå kvantefordelen, " sagde Wilson. "De er meget svære at simulere og modellere klassisk, hvilket har resulteret i mangel på teoretisk arbejde for denne ansøgning."

Studiet, "Observation af tre-foton spontan parametrisk nedkonvertering i et superledende parametrisk hulrum, " blev offentliggjort i Fysisk gennemgang X den 16. januar, 2020.