Fysiker vid C2N har för första gången visat direkt generering av ljus i ett tillstånd som samtidigt är en enda foton, två fotoner, och ingen foton alls. De visade att samma typ av ljussändare som använts i årtionden också kan generera dessa kvanttillstånd, och förvänta dig att detta gäller för alla typer av atomsystem.

Kvantsuperposition är en egenskap hos kvantfysiken som gör att objekt kan existera samtidigt i olika tillstånd. Ett känt teoretiskt exempel är Schrödingers katt, som är både död och levande. Låt oss föreställa oss en mus som försöker hitta utgången från en labyrint. I det klassiska riket, den kommer att pröva varje väg, en åt gången, tills den äntligen hittar utgången. I kvantvärlden, dock, superposition gör att musen kan prova alla olika vägar samtidigt, därför hitta utgången mycket snabbare. För ljus, överlagring har visats i flera av dess egenskaper. Till exempel, i sin polarisering, där det elektromagnetiska fältet hos en enskild foton svänger både vertikalt och horisontellt, eller i en stig, ta alla möjliga banor inuti interferometrar, den fotoniska versionen av en labyrint. Superposition är också möjlig i tid, med fotoner som existerar samtidigt vid tidigare och senare ögonblick.

Dock, skapa ljus i ett tillstånd som samtidigt är en enda foton, två fotoner, eller ingen foton alls, med andra ord en kvantöverlagring av "fotontal, " har förblivit svårfångad. Vissa komplexa experiment har uppnått dessa superpositionstillstånd några gånger, men det har aldrig uppnåtts på begäran, mening med framgång vid varje experimentell körning. Dessutom, det var inte känt om direkta utsläppare av dessa stater existerade. I ett verk publicerat i Nature Photonics , forskare från CNRS och medarbetare har för första gången demonstrerat on-demand-generering av ljus i en kvantöverlagring av fotontal.

Forskarna studerade utsläppet av en konstgjord atom, en halvledarkvantprick införd i en optisk mikrokavitet. "Genom att utföra en koherent excitation av kvantpunkten med optiska pulser, vi visade att kvantkoherensen i det atomära tillståndet bevaras genom processen av spontan emission och inpräntat på det emitterade fotoniska tillståndet, genererar en kvantöverlagring av noll, ett, och två fotoner, " notera Juan Loredo och Carlos Antón, huvudförfattarna till studien.

Sådana observationer, aldrig tidigare sett i något atomsystem, visa att konstgjorda atomer som kvantprickar nu kontrolleras till en sådan punkt att de beter sig som de system som beskrivs i läroböcker. Dessa nya kvanttillstånd av ljus baserade på den koherenta överlagringen av fotontalstillstånd öppnar spännande vägar för att designa och implementera nya system inom kvantkommunikation och beräkning.