量子研究人員能夠將一個光子分成三個,希望創造三光子量子糾纏

2020-11-22 騰訊網

克裡斯·威爾遜實驗室。圖片：滑鐵盧大學

滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）的研究人員報告了第一次將一個光子直接分裂為三個的情況。

首次出現這種現象是在量子光學中使用了自發參量下轉換 （SPDC ，Spontaneous parametric down-conversion）方法，並創造了量子光學研究人員稱為非高斯光態的狀態。非高斯光態被認為是獲得量子優勢的關鍵因素。

自發的參數下轉換（SPDC）一直是探索量子現象及其應用的一項關鍵技術。例如，將高能泵浦光子分成兩個低能光子的傳統SPDC是產生糾纏光子對的常見方法。自從SPDC的早期實現以來，研究人員就一直考慮將其推廣到更高階，例如產生糾纏的光子三重態。但是，通過單個SPDC過程直接生成光子三重態仍然難以捉摸。

IQC電氣與計算機工程教授，論文的主要研究者克裡斯·威爾遜（Chris Wilson）表示：「據了解，雙光子版本產生的糾纏類型是有限的，但這些結果構成了令人興奮的三光子量子光學新範式的基礎。」

「鑑於這項研究使我們超越了將一個光子分裂為兩個糾纏的子光子的已知能力，我們對我們開闢了一個新的探索領域感到樂觀。」

威爾遜說：「兩光子版本成為量子研究的主要工具，已有30多年的歷史。我們認為三個光子將克服這些限制，並將鼓勵進一步的理論研究和實驗應用，並有望發展使用超導單元的光量子計算。」

威爾遜使用微波光子來擴展SPDC的已知極限。實驗使用了超導參量諧振器。結果清楚地表明了在不同頻率下產生的三個光子之間的強相關性。正在進行的工作旨在證明光子是糾纏的。

威爾遜說：「非高斯狀態和操作是獲得量子優勢的關鍵因素。它們很難經典地進行仿真和建模，這導致該應用缺乏理論工作。」

這項研究「觀察超導參量腔中的三光子自發參量下轉換」已於2020年1月16日發表在《物理評論X》上。

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