Forskare från Institute for Quantum Computing (IQC) vid University of Waterloo rapporterar den första förekomsten av att direkt dela en foton i tre.

Händelsen, den första i sitt slag, använde den spontana parametriska nedkonverteringsmetoden (SPDC) inom kvantoptik och skapade vad kvantoptikforskare kallar ett icke-Gaussiskt ljustillstånd. Ett icke-Gaussiskt ljustillstånd anses vara en kritisk ingrediens för att få en kvantfördel.

"Det var förstått att det fanns gränser för typen av intrassling som genererades med tvåfotonversionen, men dessa resultat utgör grunden för ett spännande nytt paradigm av tre-foton kvantoptik, sa Chris Wilson, en principutredare vid IQC-fakulteten och professor i elektro- och datateknik vid Waterloo.

"Med tanke på att denna forskning tar oss förbi den kända förmågan att dela en foton i två intrasslade dotterfotoner, vi är optimistiska att vi har öppnat ett nytt område för utforskning."

"Tvåfotonversionen har varit en arbetshäst för kvantforskning i över 30 år, ", sa Wilson. "Vi tror att tre fotoner kommer att övervinna gränserna och kommer att uppmuntra ytterligare teoretisk forskning och experimentella tillämpningar och förhoppningsvis utvecklingen av optisk kvantberäkning med supraledande enheter."

Wilson använde mikrovågsfotoner för att sträcka de kända gränserna för SPDC. Den experimentella implementeringen använde en supraledande parametrisk resonator. Resultatet visade tydligt den starka korrelationen mellan tre fotoner genererade vid olika frekvenser. Pågående arbete syftar till att visa att fotonerna är intrasslade.

"Icke-Gaussiska stater och operationer är en avgörande ingrediens för att uppnå kvantfördelen, " sa Wilson. "De är väldigt svåra att simulera och modellera klassiskt, vilket har resulterat i en brist på teoretiskt arbete för denna applikation."

Studien, "Observation av tre-foton spontan parametrisk nedkonvertering i en supraledande parametrisk kavitet, " publicerades i Fysisk granskning X den 16 januari, 2020.