克里斯·威尔逊实验室。图片：滑铁卢大学
滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）的研究人员报告了第一次将一个光子直接分裂为三个的情况。
首次出现这种现象是在量子光学中使用了自发参量下转换 （SPDC ，Spontaneous parametric down-conversion）方法，并创造了量子光学研究人员称为非高斯光态的状态。非高斯光态被认为是获得量子优势的关键因素。
自发的参数下转换（SPDC）一直是探索量子现象及其应用的一项关键技术。例如，将高能泵浦光子分成两个低能光子的传统SPDC是产生纠缠光子对的常见方法。自从SPDC的早期实现以来，研究人员就一直考虑将其推广到更高阶，例如产生纠缠的光子三重态。但是，通过单个SPDC过程直接生成光子三重态仍然难以捉摸。
IQC电气与计算机工程教授，论文的主要研究者克里斯·威尔逊（Chris Wilson）表示：“据了解，双光子版本产生的纠缠类型是有限的，但这些结果构成了令人兴奋的三光子量子光学新范式的基础。”
“鉴于这项研究使我们超越了将一个光子分裂为两个纠缠的子光子的已知能力，我们对我们开辟了一个新的探索领域感到乐观。”
威尔逊说：“两光子版本成为量子研究的主要工具，已有30多年的历史。我们认为三个光子将克服这些限制，并将鼓励进一步的理论研究和实验应用，并有望发展使用超导单元的光量子计算。”
威尔逊使用微波光子来扩展SPDC的已知极限。实验使用了超导参量谐振器。结果清楚地表明了在不同频率下产生的三个光子之间的强相关性。正在进行的工作旨在证明光子是纠缠的。
威尔逊说：“非高斯状态和操作是获得量子优势的关键因素。它们很难经典地进行仿真和建模，这导致该应用缺乏理论工作。”
这项研究“观察超导参量腔中的三光子自发参量下转换”已于2020年1月16日发表在《物理评论X》上。
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