I ricercatori dell'Institute for Quantum Computing (IQC) dell'Università di Waterloo riportano la prima occorrenza di dividere direttamente un fotone in tre.

Il verificarsi, il primo del suo genere, ha utilizzato il metodo di conversione verso il basso parametrico spontaneo (SPDC) nell'ottica quantistica e ha creato quello che i ricercatori di ottica quantistica chiamano uno stato di luce non gaussiano. Uno stato di luce non gaussiano è considerato un ingrediente critico per ottenere un vantaggio quantico.

"Si è capito che c'erano dei limiti al tipo di entanglement generato con la versione a due fotoni, ma questi risultati costituiscono la base di un nuovo entusiasmante paradigma di ottica quantistica a tre fotoni, " ha detto Chris Wilson, un investigatore principale presso il membro della facoltà IQC e un professore di ingegneria elettrica e informatica a Waterloo.

"Dato che questa ricerca ci porta oltre la capacità nota di dividere un fotone in due fotoni figli entangled, siamo ottimisti sul fatto di aver aperto una nuova area di esplorazione".

"La versione a due fotoni è stata un cavallo di battaglia per la ricerca quantistica per oltre 30 anni, " ha detto Wilson. "Pensiamo che tre fotoni supereranno i limiti e incoraggeranno ulteriori ricerche teoriche e applicazioni sperimentali e, si spera, lo sviluppo del calcolo quantistico ottico utilizzando unità superconduttrici".

Wilson ha usato fotoni a microonde per allungare i limiti noti di SPDC. L'implementazione sperimentale ha utilizzato un risonatore parametrico superconduttore. Il risultato ha mostrato chiaramente la forte correlazione tra tre fotoni generati a frequenze diverse. Il lavoro in corso mira a dimostrare che i fotoni sono entangled.

"Gli stati e le operazioni non gaussiane sono un ingrediente fondamentale per ottenere il vantaggio quantistico, " ha detto Wilson. "Sono molto difficili da simulare e modellare classicamente, che ha portato a una carenza di lavoro teorico per questa applicazione."

Lo studio, "Osservazione della down-conversione parametrica spontanea a tre fotoni in una cavità parametrica superconduttiva, " è stato pubblicato in Revisione fisica X il 16 gennaio, 2020.