I fisici di C2N hanno dimostrato per la prima volta la generazione diretta di luce in uno stato che è contemporaneamente un singolo fotone, due fotoni, e nessun fotone. Hanno dimostrato che lo stesso tipo di emettitore di luce utilizzato per decenni è anche in grado di generare questi stati quantistici, e aspettatevi che questo valga per qualsiasi tipo di sistema atomico.

La sovrapposizione quantistica è una proprietà della fisica quantistica che consente agli oggetti di esistere contemporaneamente in stati diversi. Un famoso esempio teorico è il gatto di Schrödinger, che è sia morto che vivo. Immaginiamo un topo che cerca di trovare l'uscita di un labirinto. In ambito classico, proverà ogni strada, uno alla volta, finché non trova finalmente l'uscita. Nel mondo quantistico, però, la sovrapposizione consente al mouse di provare tutti i diversi percorsi contemporaneamente, trovando quindi l'uscita molto più velocemente. Per la luce, sovrapposizione è stata dimostrata in molte delle sue proprietà. Ad esempio, nella sua polarizzazione, dove il campo elettromagnetico di un singolo fotone oscilla sia verticalmente che orizzontalmente, o in un percorso, prendendo tutte le possibili traiettorie all'interno degli interferometri, la versione fotonica di un labirinto. La sovrapposizione è possibile anche nel tempo, con fotoni esistenti simultaneamente in momenti precedenti e successivi.

Però, creando luce in uno stato che è contemporaneamente un singolo fotone, due fotoni, o nessun fotone, in altre parole una sovrapposizione quantistica di "numeri di fotoni, " è rimasto sfuggente. Alcuni esperimenti complessi hanno raggiunto questi stati di sovrapposizione alcune volte, ma non è mai stato realizzato su richiesta, significato con successo ad ogni esecuzione sperimentale. Inoltre, non era noto se esistessero emettitori diretti di questi stati. In un lavoro pubblicato su Fotonica della natura , ricercatori del CNRS e collaboratori hanno dimostrato per la prima volta la generazione di luce su richiesta in una sovrapposizione quantistica di numeri di fotoni.

I ricercatori hanno studiato l'emissione di un atomo artificiale, un punto quantico semiconduttore inserito in una microcavità ottica. "Eseguendo un'eccitazione coerente del punto quantico con impulsi ottici, abbiamo mostrato che la coerenza quantistica nello stato atomico è preservata attraverso il processo di emissione spontanea e impressa sullo stato fotonico emesso, generando una sovrapposizione quantistica di zero, uno, e due fotoni, " nota Juan Loredo e Carlos Antón, autori principali dello studio.

Tali osservazioni, mai visto prima in nessun sistema atomico, dimostrare che gli atomi artificiali come i punti quantici sono ora controllati a tal punto da comportarsi come i sistemi descritti nei libri di testo. Questi nuovi stati quantistici di luce basati sulla sovrapposizione coerente degli stati del numero di fotoni aprono percorsi entusiasmanti per la progettazione e l'implementazione di nuovi schemi nella comunicazione e nel calcolo quantistici.