Natuurkundigen van C2N hebben voor het eerst de directe generatie van licht aangetoond in een toestand die tegelijkertijd een enkel foton is, twee fotonen, en helemaal geen foton. Ze toonden aan dat dezelfde soort lichtzender die al tientallen jaren wordt gebruikt, ook in staat is om deze kwantumtoestanden te genereren, en verwacht dat dit geldt voor elk soort atoomsysteem.

Kwantumsuperpositie is een eigenschap van de kwantumfysica waarmee objecten gelijktijdig in verschillende toestanden kunnen bestaan. Een beroemd theoretisch voorbeeld is de kat van Schrödinger, die zowel dood als levend is. Stel je voor dat een muis de uitgang van een doolhof probeert te vinden. In de klassieke wereld, het zal elk pad proberen, een per keer, totdat hij eindelijk de uitgang vindt. In de kwantumwereld echter, superpositie stelt de muis in staat om alle verschillende paden tegelijkertijd te proberen, daardoor veel sneller de uitgang vinden. voor licht, superpositie is aangetoond in verschillende van zijn eigenschappen. Bijvoorbeeld, in zijn polarisatie, waar het elektromagnetische veld van een enkel foton zowel verticaal als horizontaal oscilleert, of op een pad, het nemen van alle mogelijke trajecten binnen interferometers, de fotonische versie van een doolhof. Superpositie is ook mogelijk in de tijd, met fotonen die gelijktijdig op eerdere en latere momenten bestaan.

Echter, het creëren van licht in een staat die tegelijkertijd een enkel foton is, twee fotonen, of helemaal geen foton, met andere woorden een kwantumsuperpositie van "fotongetallen, " is ongrijpbaar gebleven. Sommige complexe experimenten hebben deze superpositietoestanden een paar keer bereikt, maar het is nooit op aanvraag bereikt, betekenis met succes bij elke experimentele run. Bovendien, het was niet bekend of directe emittenten van deze staten bestonden. In een werk gepubliceerd in Natuurfotonica , onderzoekers van CNRS en medewerkers hebben voor het eerst de on-demand generatie van licht aangetoond in een kwantumsuperpositie van fotongetallen.

De onderzoekers bestudeerden de emissie van een kunstmatig atoom, een halfgeleider quantum dot ingebracht in een optische microholte. "Door een coherente excitatie van de kwantumdot uit te voeren met optische pulsen, we hebben aangetoond dat de kwantumcoherentie in de atomaire toestand wordt behouden door het proces van spontane emissie en wordt afgedrukt op de uitgezonden fotonische toestand, het genereren van een kwantumsuperpositie van nul, een, en twee fotonen, " let op Juan Loredo en Carlos Antón, hoofdauteurs van de studie.

Dergelijke observaties, nooit eerder gezien in een atoomsysteem, laten zien dat kunstmatige atomen zoals kwantumstippen nu zodanig worden bestuurd dat ze zich gedragen als de systemen die in leerboeken worden beschreven. Deze nieuwe kwantumtoestanden van licht, gebaseerd op de coherente superpositie van fotongetaltoestanden, openen spannende paden voor het ontwerpen en implementeren van nieuwe schema's in kwantumcommunicatie en -berekening.