Jeśli pomyślimy o świetle laserowym jako o strumieniu cząstek światła, tak zwanych fotonów, to są one całkowicie
Takimi izolowanymi fotonami są na przykładpodstawowe wymagania dotyczące sieci kwantowej. Do tej pory pojedyncze emitery kwantowe, takie jak pojedynczy atom lub pojedyncza cząsteczka, generalnie działały jako źródła takich strumieni pojedynczych fotonów. Jeśli emiter kwantowy jest wzbudzony światłem laserowym i fluorescencją, zawsze emituje dokładnie jeden foton na każdy skok kwantowy. W przypadku tego typu źródła wciąż wyzwaniem jest efektywne „wprowadzenie” emitowanych fotonów do włókna szklanego, aby przesłać ich jak najwięcej do odbiornika.
Udało się to fizykom z Niemiec, Danii i Austriistworzyć rodzaj „bramki obrotowej” dla światła we włóknach szklanych, która pozwala cząsteczkom światła przechodzić tylko jedną na raz. Propozycja eksperymentu wyszła od fizyków teoretyków dr Sahanda Mahmoudiana i profesora Clemensa Hammerera z Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze oraz współpracowników z Uniwersytetu w Kopenhadze. Eksperyment przeprowadziła grupa badawcza profesora dr Arno Rauschenbeutela z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie. W tym celu naukowcy wykorzystali potężny interfejs atom-światło, w którym atomy są uwięzione obok nanowłókien optycznych i związane ze światłem prowadzonym w nanowłókien.
Te specjalne włókna szklane są sto razycieńszy niż ludzki włos, a atomy są utrzymywane w odległości 0,2 mikrometra od powierzchni włókna szklanego. Jednocześnie są schładzane światłem lasera do temperatury kilku milionowych stopnia powyżej zera absolutnego. System ten umożliwił naukowcom precyzyjną kontrolę liczby atomów wzdłuż wiązki lasera. Następnie podczas eksperymentu badacze przeanalizowali, jak często fotony opuszczają włókno pojedynczo lub w parach.
Kiedy schwytano około 150 atomów, okołonanowłókien okazało się, że przepuszczane światło składa się praktycznie wyłącznie z izolowanych fotonów. Tak więc wszystkie atomy razem działały na fotony jak kołowrót regulujący przepływ ludzi. Nieoczekiwanie efekt był odwrotny, gdy zwiększono liczbę atomów: wtedy atomy przepuszczają fotony, najlepiej parami.
To odkrycie otwiera zupełnie nową drogętworzenie jasnych źródeł pojedynczych fotonów z wbudowanym światłowodem. Jednocześnie zasada działania zademonstrowana przez badaczy może być zastosowana do szerokiego zakresu widma elektromagnetycznego (od mikrofal po promieniowanie rentgenowskie). Otwiera to możliwość generowania pojedynczych fotonów w zakresach widmowych, dla których nie ma jeszcze źródeł. Naukowcy już złożyli wniosek o patent na tę technologię.
Czytaj także
W dobie ekosystemów: jak giganci IT zmieniają się w interfejsy naszego codziennego życia
Lodowiec Doomsday okazał się bardziej niebezpieczny, niż sądzili naukowcy. Mówimy najważniejsze
GitHub zastąpił termin „master” neutralnym odpowiednikiem