Observation de processus photoniques d’ordre élevé amplifiés par l’appariement de paires de Cooper

Induire des interactions entre photons individuels est une étape clé pour l’information quantique photonique et l’étude de photons fortement corrélés. Les circuits supraconducteurs offrent un cadre idéal pour combiner interactions fortes et faibles pertes. En général, des photons micro-ondes sont confinés dans un oscillateur LC monté en parallèle avec une jonction Josephson, où les fluctuations quantiques de la phase supraconductrice à travers la jonction déterminent l’intensité et l’ordre des interactions entre photons. La plupart des oscillateurs supraconducteurs non linéaires fonctionnent avec de faibles fluctuations de phase, ce qui favorise des interactions de type Kerr à deux photons.

Dans cette nouvelle expérience, les chercheurs de l’équipe Quantic du LPENS, utilisent un oscillateur LC à haute impédance couplé à un élément dipolaire, favorisant le transfert par effet tunnel de paires de Cooper. Cela engendre de fortes fluctuations de phase (d’amplitude 3.4), plaçant le système dans un régime où les fréquences de transition varient de manière non monotone avec le nombre d’excitations. Grâce à des mesures spectroscopiques, ils extraient les énergies d’interaction à deux, trois et quatre photons, toutes de forces similaires et supérieures au taux de perte des photons. Ces résultats ouvrent ainsi un nouveau régime d’interactions photoniques d’ordre élevé en optique quantique micro-onde.

Ces travaux viennent de paraître dans la revue Nature Communications.

Un circuit supraconducteur doté de l’appariement de paires de Cooper (bas) induit des interactions multi-photoniques (haut), révélant un nouveau régime d’optique quantique micro-onde, pertinent pour l’information quantique et l’étude de photons fortement corrélés.

En savoir plus :
– Article dans Nature Communications
– Site de l’INRIA

Informations complémentaires :
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)

Auteur correspondant : Zaki Leghtas
Contact communication : L’équipe de communication