Onderzoekers van het Institute for Quantum Computing (IQC) van de Universiteit van Waterloo melden de eerste keer dat een foton direct in drieën is gesplitst.

Het voorkomen, de eerste in zijn soort, gebruikte de spontane parametrische down-conversiemethode (SPDC) in de kwantumoptica en creëerde wat onderzoekers op het gebied van kwantumoptica een niet-Gaussiaanse lichttoestand noemen. Een niet-Gaussiaanse lichttoestand wordt beschouwd als een cruciaal ingrediënt om een ​​kwantumvoordeel te behalen.

"Het was duidelijk dat er grenzen waren aan het type verstrengeling dat werd gegenereerd met de versie met twee fotonen, maar deze resultaten vormen de basis van een opwindend nieuw paradigma van drie-foton kwantumoptica, " zei Chris Wilson, een hoofdonderzoeker bij IQC-faculteitslid en een professor in Electrical and Computer Engineering in Waterloo.

"Aangezien dit onderzoek ons ​​voorbij het bekende vermogen brengt om één foton in twee verstrengelde dochterfotonen te splitsen, we zijn optimistisch dat we een nieuw onderzoeksgebied hebben geopend."

"De versie met twee fotonen is al meer dan 30 jaar een werkpaard voor kwantumonderzoek, " zei Wilson. "We denken dat drie fotonen de limieten zullen overwinnen en verder theoretisch onderzoek en experimentele toepassingen zullen aanmoedigen en hopelijk de ontwikkeling van optische kwantumcomputers met behulp van supergeleidende eenheden."

Wilson gebruikte microgolffotonen om de bekende limieten van SPDC op te rekken. De experimentele implementatie maakte gebruik van een supergeleidende parametrische resonator. Het resultaat toonde duidelijk de sterke correlatie tussen drie fotonen die op verschillende frequenties werden gegenereerd. Lopend werk is bedoeld om aan te tonen dat de fotonen verstrengeld zijn.

"Niet-Gaussiaanse toestanden en operaties zijn een cruciaal ingrediënt voor het verkrijgen van het kwantumvoordeel, "zei Wilson. "Ze zijn erg moeilijk om klassiek te simuleren en te modelleren, wat heeft geresulteerd in een gebrek aan theoretisch werk voor deze toepassing."

De studie, "Observatie van drie-foton spontane parametrische down-conversie in een supergeleidende parametrische holte, " werd gepubliceerd in Fysieke beoordeling X op 16 januari 2020.