Os físicos do C2N demonstraram pela primeira vez a geração direta de luz em um estado que é simultaneamente um único fóton, dois fótons, e nenhum fóton. Eles mostraram que o mesmo tipo de emissor de luz usado por décadas também é capaz de gerar esses estados quânticos, e espere que isso seja verdadeiro para qualquer tipo de sistema atômico.

A superposição quântica é uma propriedade da física quântica que permite que os objetos existam simultaneamente em diferentes estados. Um exemplo teórico famoso é o gato de Schrödinger, que está vivo e morto. Vamos imaginar um rato tentando encontrar a saída de um labirinto. No reino clássico, vai tentar todos os caminhos, Um de cada vez, até que finalmente encontre a saída. No mundo quântico, Contudo, a superposição permite que o mouse tente todos os caminhos diferentes simultaneamente, portanto, encontrar a saída muito mais rápido. Para luz, a superposição foi mostrada em várias de suas propriedades. Por exemplo, em sua polarização, onde o campo eletromagnético de um único fóton oscila tanto vertical quanto horizontalmente, ou em um caminho, tomando todas as trajetórias possíveis dentro de interferômetros, a versão fotônica de um labirinto. A superposição também é possível com o tempo, com fótons existindo simultaneamente em momentos anteriores e posteriores.

Contudo, criando luz em um estado que é simultaneamente um único fóton, dois fótons, ou nenhum fóton, em outras palavras, uma superposição quântica de "números de fótons, "permaneceu indescritível. Alguns experimentos complexos alcançaram esses estados de superposição algumas vezes, mas nunca foi alcançado sob demanda, significado com sucesso em cada execução experimental. Além disso, não se sabia se existiam emissores diretos desses estados. Em trabalho publicado em Nature Photonics , pesquisadores do CNRS e colaboradores demonstraram pela primeira vez a geração sob demanda de luz em uma superposição quântica de números de fótons.

Os pesquisadores estudaram a emissão de um átomo artificial, um ponto quântico semicondutor inserido em uma microcavidade óptica. "Ao realizar uma excitação coerente do ponto quântico com pulsos ópticos, mostramos que a coerência quântica no estado atômico é preservada através do processo de emissão espontânea e impressa no estado fotônico emitido, gerando uma superposição quântica de zero, 1, e dois fótons, "nota Juan Loredo e Carlos Antón, principais autores do estudo.

Tais observações, nunca visto antes em qualquer sistema atômico, demonstrar que átomos artificiais como pontos quânticos são agora controlados a tal ponto que se comportam como os sistemas descritos nos livros didáticos. Esses novos estados quânticos de luz baseados na superposição coerente de estados de número de fótons abrem caminhos interessantes para projetar e implementar novos esquemas de comunicação e computação quântica.