Des chercheurs en physique quantique parviennent à diviser un photon en trois
Jeudi, 27 février, 2020
Des chercheurs de l’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo rapportent la première subdivision directe d’un photon en trois.
Cette première a fait appel à l’abaissement de fréquence paramétrique spontané (SPDC pour spontaneous parametric down conversion) et a produit ce que l’on appelle en optique quantique un état de lumière non gaussien, considéré comme crucial pour obtenir un avantage quantique.
« On savait que le type d’intrication produit avec 2 photons comportait des limites, et ce nouveau résultat constitue le point de départ d’un modèle prometteur d’optique quantique à 3 photons », a déclaré Chris Wilson, chercheur principal membre du corps professoral de l’IQC, professeur de génie électrique et informatique nommé conjointement avec le Département de physique et d’astronomie de l’Université de Waterloo. « Comme ces travaux nous mènent au-delà de la capacité connue de diviser 1 photon en 2 photons intriqués, nous avons de bonnes raisons de croire qu’ils ouvrent une avenue de recherche inédite. »
Le laboratoire d’ingénierie de systèmes quantiques, dirigé par Christopher Wilson
« L’intrication de 2 photons est un moteur de la recherche en physique quantique depuis plus de 30 ans, dit M. Wilson. Nous croyons que 3 photons permettront de repousser les limites actuelles et favoriseront de nouvelles recherches théoriques et applications expérimentales et, espère-t-on, le développement de l’informatique quantique exploitant des unités supraconductrices. »
M. Wilson a utilisé des photons micro-ondes pour repousser les limites du SPDC. La mise en œuvre expérimentale a fait appel à un résonateur paramétrique supraconducteur. Le résultat a clairement montré la forte corrélation entre les 3 photons produits à différentes fréquences. Des travaux en cours visent à montrer que ces photons sont effectivement intriqués.
« Les états et opérations non gaussiens sont cruciaux pour obtenir un avantage quantique, dit M. Wilson. Ils sont très difficiles à simuler et à modéliser de façon classique, d’où la rareté des travaux théoriques portant sur cette application. »
L’article intitulé Observation of Three-Photon Spontaneous Parametric Down-Conversion in a Superconducting Parametric Cavity (Observation d’un abaissement de fréquence paramétrique spontané de 3 photons dans une cavité paramétrique supraconductrice) a été publié le 16 janvier 2020 dans Physical Review X.