Físicos da Alemanha, Dinamarca, e a Áustria conseguiram criar uma espécie de catraca para luz em fibras de vidro que permite que as partículas de luz passem apenas uma de cada vez

Fibras de vidro, que orientam a luz laser, são a espinha dorsal da sociedade da informação moderna de hoje. Se você pensar na luz do laser como um fluxo de partículas de luz, os chamados fótons, então, eles são completamente independentes uns dos outros e sua hora exata de chegada é deixada ao acaso. Em particular, dois fótons podem chegar ao receptor simultaneamente. Para muitas aplicações, Contudo, é desejável que um fóton seja registrado após o outro, ou seja, que as partículas de luz estão alinhadas como um colar de pérolas.

Esses fótons isolados são, por exemplo, um requisito básico para a comunicação quântica, onde se pode comunicar de uma forma fundamentalmente à prova de toque. Até agora, emissores quânticos únicos, como um único átomo ou uma única molécula, normalmente atuam como fontes para esses fluxos de fótons individuais. Se o emissor quântico estiver excitado com luz laser e fluorescência, ele sempre emitirá exatamente um fóton a cada salto quântico. Para este tipo de fonte, ainda é um desafio "alimentar" com eficiência os fótons emitidos em uma fibra de vidro, a fim de enviar o maior número possível ao receptor.

Cientistas da Alemanha, A Dinamarca e a Áustria conseguiram pela primeira vez converter diretamente a luz laser em fibras ópticas em um fluxo de fótons isolados por meio de um novo efeito. A proposta do experimento veio dos físicos teóricos Dr. Sahand Mahmoodian e do Prof. Klemens Hammerer da Leibniz University Hannover e de colegas da Universidade de Copenhagen. Em seguida, foi realizado no grupo de pesquisa do Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel da Universidade Humboldt de Berlim. Para este propósito, os pesquisadores usaram uma poderosa interface átomo-luz, em que os átomos ficam presos perto de uma chamada nanofibra óptica e acoplados de forma controlada à luz guiada na nanofibra.

Essas fibras de vidro especiais são cem vezes mais finas do que um fio de cabelo humano e os átomos são mantidos no lugar a 0,2 micrômetros da superfície da fibra de vidro usando uma pinça feita de luz laser. Ao mesmo tempo, eles são resfriados por luz laser a uma temperatura de alguns milionésimos de grau acima do zero absoluto. Este sistema permitiu aos pesquisadores controlar com precisão o número de átomos ao longo do feixe de laser. No experimento, os pesquisadores então analisaram a frequência com que os fótons saíam da fibra individualmente ou em pares.

Quando cerca de 150 átomos foram presos perto da nanofibra, descobriu-se que a luz transmitida consistia praticamente apenas de fótons isolados. Então, coletivamente, os átomos agiam para os fótons como uma catraca que regula um fluxo de pessoas. Surpreendentemente, o efeito foi o oposto quando o número de átomos foi aumentado:então os átomos deixam os fótons passarem preferencialmente aos pares.

Esta descoberta abre uma maneira completamente nova de perceber o que é brilhante, fontes de fóton único integradas em fibra. Ao mesmo tempo, o princípio de funcionamento demonstrado pelos pesquisadores pode ser aplicado a amplas faixas do espectro eletromagnético (microondas a raios-X). Isso abre a possibilidade de gerar fótons únicos em faixas espectrais para as quais nenhuma fonte está disponível até o momento. Os pesquisadores já apresentaram um pedido de patente para essa tecnologia.