Jos kuvittelemme laservalon valohiukkasten, niin sanottujen fotonien, virtana, ne ovat täysin
Tällaisia eristettyjä fotoneja esimerkiksi onkvanttiverkon perusvaatimus. Tähän asti yksittäiset kvanttisäteilijät, kuten yksi atomi tai yksittäinen molekyyli, toimivat yleensä yksittäisten fotonien tällaisten virtojen lähteinä. Jos kvanttisäteilijä virittyy laservalolla ja fluoresenssilla, se lähettää aina tarkalleen yhden fotonin kutakin kvanttihypyä kohden. Tämän tyyppiselle lähteelle on edelleen haaste "syöttää" tehokkaasti säteileviä fotoneja lasikuituun, jotta mahdollisimman moni niistä lähetetään vastaanottimeen.
Fyysikot Saksasta, Tanskasta ja Itävallasta onnistuivatluoda lasikuituihin eräänlainen "kääntöportti" valolle, joka sallii valohiukkasten kulkea läpi vain yksi kerrallaan. Kokeiluehdotuksen tekivät teoreettiset fyysikot tohtori Sahand Mahmoudian ja professori Clemens Hammerer Leibnizin yliopistosta Hannoverista sekä kollegat Kööpenhaminan yliopistosta. Kokeilu toteutettiin Berliinin Humboldt-yliopiston professori Dr. Arno Rauschenbeutelin tutkimusryhmän avustuksella. Tätä tarkoitusta varten tutkijat käyttivät voimakasta atomi-valorajapintaa, jossa atomit jäävät loukkuun optisen nanokuidun viereen ja liittyy nanokuituun ohjattuun valoon.
Nämä erityiset lasikuidut ovat sata kertaaohuempia kuin ihmisen hiukset, ja atomeja pidetään 0,2 mikrometrin etäisyydellä lasikuidun pinnasta. Samanaikaisesti ne jäähdytetään laservalolla muutaman miljoonasosan asteen lämpötilaan absoluuttisen nollan yläpuolelle. Tämän järjestelmän avulla tutkijat voivat tarkkailla tarkasti atomien määrää lasersäteellä. Sitten kokeen aikana tutkijat analysoivat kuinka usein fotonit lähtivät kuidusta yksittäin tai pareittain.
Kun noin 150 atomia oli kiinni noinnanokuituja, kävi ilmi, että läpäisevä valo koostui käytännössä vain eristetyistä fotoneista. Täten kaikki atomit toimivat fotoneilla kuin kääntöpallo, joka säätelee ihmisten virtausta. Yllättäen vaikutus oli päinvastainen, kun atomien määrää lisättiin: sitten atomit päästivät fotoneja läpi, mieluiten pareittain.
Tämä löytö avaa aivan uuden tavanluoda kirkkaita yhden fotonin lähteitä sisäänrakennetulla kuidulla. Samalla tutkijoiden osoittamaa toimintaperiaatetta voidaan soveltaa laajalle sähkömagneettisen spektrin alueelle (mikroaalloista röntgensäteisiin). Tämä avaa mahdollisuuden tuottaa yksittäisiä fotoneja spektrialueilla, joille ei ole vielä lähteitä. Tutkijat ovat jo hakeneet patenttia tälle tekniikalle.
Lue myös
Ekosysteemien aikakaudella: kuinka IT-jättiläiset muuttuvat jokapäiväisen elämämme rajapinnoiksi
Tuomiopäivän jäätikkö osoittautui vaarallisemmaksi kuin tutkijat ajattelivat. Kerromme pääasia
GitHub on korvannut termin "päällikkö" neutraalilla vastaavalla