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. »
Lintrication 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 linformatique 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.