Fysikere har skabt et unikt transmissionssystem til fotoner

Hvis vi forestiller os laserlys som en strøm af lyspartikler, såkaldte fotoner, så er de fuldstændig

uafhængige af hinanden og deres nøjagtige tidspunktankomst afhænger af sagen. Især to fotoner kan samtidig nå modtageren. I mange situationer er det dog ønskeligt, at den ene foton detekteres efter den anden, det vil sige, at lyspartiklerne stiller sig op som en perlerække.

Sådanne isolerede fotoner er for eksempelgrundlæggende krav til et kvantenetværk. Indtil nu fungerede enkelte kvanteemittere, såsom et enkelt atom eller et enkelt molekyle, generelt som kilder til sådanne strømme af individuelle fotoner. Hvis en kvanteemitter er begejstret for laserlys og fluorescens, udsender den altid nøjagtigt en foton for hvert kvantehopp. For denne type kilde er det stadig en udfordring at effektivt "føde" de udsendte fotoner ind i glasfiberen for at sende så mange af dem som muligt til modtageren.

Det lykkedes for fysikere fra Tyskland, Danmark og Østrigskabe en slags "turnstile" for lys i glasfibre, der tillader lyspartikler kun at passere én ad gangen. Forslaget til eksperimentet kom fra teoretiske fysikere Dr. Sahand Mahmoudian og professor Clemens Hammerer fra Leibniz Universitet Hannover og kolleger fra Københavns Universitet. Forsøget blev udført med hjælp fra professor dr. Arno Rauschenbeutels forskningsgruppe ved Humboldt Universitetet i Berlin. Til dette formål brugte forskerne en kraftfuld atom-lys-grænseflade, hvor atomer er fanget ved siden af ​​en optisk nanofiber og  forbundet med lys styret i nanofiberen.

Disse specielle glasfibre er hundrede gangetyndere end menneskehår, og atomer holdes i en afstand på 0,2 mikrometer fra overfladen af ​​glasfiberen. Samtidig afkøles de af laserlys til temperaturer på nogle få milliontedele af en grad over absolut nul. Dette system tillod forskere nøjagtigt at kontrollere antallet af atomer langs laserstrålen. Derefter analyserede forskerne under eksperimentet, hvor ofte fotoner forlod fiberen individuelt eller parvis.

Da omkring 150 atomer blev fanget omkringnanofibre, viste det sig, at det transmitterede lys praktisk talt kun bestod af isolerede fotoner. Således virkede atomerne alt sammen på fotonerne som et drejekrans, der regulerer strømmen af ​​mennesker. Overraskende nok var effekten den modsatte, da antallet af atomer blev øget: derefter lod atomerne fotoner igennem, fortrinsvis parvis.

Denne opdagelse åbner en helt ny mådeskabe lyse enkeltfotonkilder med indbygget fiber. Samtidig kan det funktionsprincip, som forskerne demonstrerer, anvendes på en bred vifte af det elektromagnetiske spektrum (fra mikrobølger til røntgenstråler). Dette åbner muligheden for at generere enkeltfotoner i spektrale områder, for hvilke der endnu ikke er nogen kilder. Forskere har allerede ansøgt om patent på denne teknologi.

Læs også

I økosystemernes æra: hvordan it-giganter bliver til grænseflader i vores hverdag

Dommedagsbreen viste sig at være farligere end forskere troede. Vi fortæller det vigtigste

GitHub har erstattet udtrykket "master" med en neutral ækvivalent