Des chercheurs de l'Institute for Quantum Computing (IQC) de l'Université de Waterloo rapportent le premier cas de division directe d'un photon en trois.

L'événement, le premier du genre, utilisé la méthode de down-conversion paramétrique spontanée (SPDC) en optique quantique et a créé ce que les chercheurs en optique quantique appellent un état de lumière non gaussien. Un état de lumière non gaussien est considéré comme un ingrédient essentiel pour obtenir un avantage quantique.

"Il était entendu qu'il y avait des limites au type d'intrication générée avec la version à deux photons, mais ces résultats forment la base d'un nouveau paradigme passionnant d'optique quantique à trois photons, " a déclaré Chris Wilson, chercheur principal à l'IQC, membre du corps professoral et professeur de génie électrique et informatique à Waterloo.

"Étant donné que cette recherche nous amène au-delà de la capacité connue de diviser un photon en deux photons filles intriqués, nous avons bon espoir d'avoir ouvert un nouveau domaine d'exploration."

"La version à deux photons est un outil de travail pour la recherche quantique depuis plus de 30 ans, " a déclaré Wilson. "Nous pensons que trois photons dépasseront les limites et encourageront la poursuite de la recherche théorique et des applications expérimentales et, espérons-le, le développement de l'informatique quantique optique utilisant des unités supraconductrices."

Wilson a utilisé des photons micro-ondes pour étirer les limites connues du SPDC. La mise en œuvre expérimentale a utilisé un résonateur paramétrique supraconducteur. Le résultat a clairement montré la forte corrélation entre trois photons générés à des fréquences différentes. Les travaux en cours visent à montrer que les photons sont intriqués.

"Les états et opérations non gaussiens sont un ingrédient essentiel pour obtenir l'avantage quantique, " a déclaré Wilson. "Ils sont très difficiles à simuler et à modéliser de manière classique, ce qui a entraîné une pénurie de travaux théoriques pour cette application."

L'étude, "Observation de la down-conversion paramétrique spontanée à trois photons dans une cavité paramétrique supraconductrice, " a été publié dans Examen physique X le 16 janvier, 2020.