Les physiciens du C2N ont démontré pour la première fois la génération directe de lumière dans un état qui est simultanément un seul photon, deux photons, et pas de photon du tout. Ils ont montré que le même type d'émetteur de lumière utilisé depuis des décennies est également capable de générer ces états quantiques, et attendez-vous à ce que cela soit vrai pour tout type de système atomique.

La superposition quantique est une propriété de la physique quantique qui permet aux objets d'exister simultanément dans différents états. Un exemple théorique célèbre est le chat de Schrödinger, qui est à la fois mort et vivant. Imaginons une souris essayant de trouver la sortie d'un labyrinthe. Dans le domaine classique, il essaiera tous les chemins, une à la fois, jusqu'à ce qu'il trouve enfin la sortie. Dans le monde quantique, cependant, la superposition permet à la souris d'essayer tous les chemins différents simultanément, donc trouver la sortie beaucoup plus rapidement. Pour la lumière, la superposition a été démontrée dans plusieurs de ses propriétés. Par exemple, dans sa polarisation, où le champ électromagnétique d'un seul photon oscille à la fois verticalement et horizontalement, ou dans un chemin, prendre toutes les trajectoires possibles à l'intérieur des interféromètres, la version photonique d'un labyrinthe. La superposition est également possible dans le temps, avec des photons existant simultanément à des moments antérieurs et postérieurs.

Cependant, créer de la lumière dans un état qui est simultanément un photon unique, deux photons, ou pas de photon du tout, en d'autres termes une superposition quantique de "nombres de photons, " est resté insaisissable. Certaines expériences complexes ont atteint ces états de superposition à quelques reprises, mais il n'a jamais été réalisé à la demande, sens avec succès à chaque essai expérimental. De plus, on ne savait pas s'il existait des émetteurs directs de ces États. Dans un ouvrage publié en Photonique de la nature , des chercheurs du CNRS et des collaborateurs ont démontré pour la première fois la génération de lumière à la demande dans une superposition quantique de nombres de photons.

Les chercheurs ont étudié l'émission d'un atome artificiel, une boîte quantique semi-conductrice insérée dans une microcavité optique. "En réalisant une excitation cohérente de la boîte quantique avec des impulsions optiques, nous avons montré que la cohérence quantique à l'état atomique est préservée par le processus d'émission spontanée et imprimée sur l'état photonique émis, générer une superposition quantique de zéro, une, et deux photons, " notent Juan Loredo et Carlos Antón, auteurs principaux de l'étude.

De telles observations, jamais vu auparavant dans aucun système atomique, démontrer que les atomes artificiels comme les points quantiques sont maintenant contrôlés à un point tel qu'ils se comportent comme les systèmes décrits dans les manuels. Ces nouveaux états quantiques de la lumière basés sur la superposition cohérente d'états de nombre de photons ouvrent des voies passionnantes pour la conception et la mise en œuvre de nouveaux schémas de communication et de calcul quantiques.