Des photons qui se regroupent par trois grâce à deux atomes express
La lumière est un flux de photons. Dans un guide d'ondes spécial, semblable à un couloir étroit, un atome « gardien » les laisse généralement passer un par un. C'est ce phénomène qu'étudie la spectroscopie de particules uniques.
Lorsque l'on place deux « gardiens » côte à côte, ils forcent les photons à se regrouper par trois. Dans l'expérience, deux atomes artificiels — en réalité de minuscules circuits supraconducteurs — reliés par un guide d'ondes commun, ont produit exactement cet effet. Les photons, qui dans des conditions normales s'ignorent mutuellement, se mettent soudain à se déplacer en groupes de trois. Ils filent toujours à la vitesse de la lumière, mais leur comportement est radicalement différent. Ce résultat est conforme au modèle standard de la physique des particules et ouvre la voie à une optique quantique multitâche.
C'est ce dont rêvaient depuis des décennies les pionniers de l'optique quantique — Leonard Mandel et Roy Glauber.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.18525
Controlling light photon-by-photon is central to quantum optics. At a fundamental level, photon interactions are mediated by their coupling to atoms, and ultimate control requires deterministic light-matter interfacing of single photons to single atoms. Extending this paradigm to radiatively couple multiple individual atoms in a deterministic and scalable manner opens the arena of many-body quantum optics. Here, we realize such a setting by coherently coupling solid-state artificial atoms to a nanophotonic waveguide and demonstrate higher-order photon correlations that are controlled by the number of quantum emitters. We study the scaling of nonlinear photonic transport induced by emitter-photon scattering and demonstrate that adding a quantum emitter generates higher-order photon correlations. Specifically, we experimentally observe genuine three-photon correlations from a pair of collectively coupled emitters, while contributions from lower photon numbers are suppressed. In addition, we scale to three resonant quantum emitters coupled to the waveguide. These advancements demonstrate the onset of many-body quantum optics in waveguide quantum electrodynamics, enabling new photonic quantum simulators, the creation of many-body entangled states, and the exploration of novel quantum phase transitions.
Pour observer des photons uniques, il faut une obscurité absolue et des détecteurs ultra-sensibles. Dans une ampoule ordinaire, ils sont si nombreux qu'il est inutile de les compter.
Dans la science-fiction, la communication quantique promet une transmission instantanée des données. Les trios de photons n'en sont pas encore capables, mais ils aident à mieux comprendre le monde quantique.