Fisici dalla Germania, Danimarca, e l'Austria sono riusciti a creare una sorta di tornello per la luce in fibre di vetro che permette alle particelle luminose di passare solo una alla volta

Fibre di vetro, che guidano la luce laser, sono la spina dorsale della moderna società dell'informazione di oggi. Se pensi alla luce laser come a un flusso di particelle luminose, cosiddetti fotoni, poi questi sono completamente indipendenti l'uno dall'altro e il loro esatto orario di arrivo è lasciato al caso. In particolare, due fotoni possono arrivare contemporaneamente al ricevitore. Per molte applicazioni, però, è desiderabile che un fotone venga registrato dopo l'altro, cioè che le particelle di luce siano allineate come un filo di perle.

Tali fotoni isolati sono, Per esempio, un requisito fondamentale per la comunicazione quantistica, dove si può comunicare in modo fondamentalmente a prova di rubinetto. Fino ad ora, singoli emettitori quantistici come un singolo atomo o una singola molecola hanno tipicamente agito come sorgenti per tali flussi di singoli fotoni. Se l'emettitore quantistico è eccitato con luce laser e fluorescenza, emetterà sempre esattamente un fotone ad ogni salto quantico. Per questo tipo di fonte, è quindi ancora una sfida "alimentare" in modo efficiente i fotoni emessi in una fibra di vetro per inviarne il maggior numero possibile al ricevitore.

Scienziati dalla Germania, La Danimarca e l'Austria sono ora riuscite per la prima volta a convertire direttamente la luce laser nelle fibre ottiche in un flusso di fotoni isolati mediante un nuovo effetto. La proposta per l'esperimento è arrivata dai fisici teorici Dr. Sahand Mahmoodian e dal Prof. Klemens Hammerer dell'Università Leibniz di Hannover e dai colleghi dell'Università di Copenaghen. È stato poi condotto nel gruppo di ricerca del Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel presso l'Università Humboldt di Berlino. Per questo scopo, i ricercatori hanno utilizzato una potente interfaccia atomo-luce, in cui gli atomi vengono intrappolati in prossimità di una cosiddetta nanofibra ottica e accoppiati in modo controllato alla luce guidata nella nanofibra.

Queste speciali fibre di vetro sono cento volte più sottili di un capello umano e gli atomi sono tenuti in posizione a 0,2 micrometri dalla superficie della fibra di vetro mediante pinzette fatte di luce laser. Allo stesso tempo, sono raffreddati da luce laser ad una temperatura di pochi milionesimi di grado sopra lo zero assoluto. Questo sistema ha consentito ai ricercatori di controllare con precisione il numero di atomi lungo il raggio laser. Nell'esperimento, i ricercatori hanno quindi analizzato la frequenza con cui i fotoni sono usciti dalla fibra singolarmente o in coppia.

Quando circa 150 atomi sono stati intrappolati vicino alla nanofibra, si è scoperto che la luce trasmessa consisteva praticamente solo di fotoni isolati. Così, collettivamente, gli atomi hanno agito per i fotoni come un tornello che regola un flusso di persone. Sorprendentemente, l'effetto era opposto quando si aumentava il numero di atomi:allora gli atomi lasciavano passare i fotoni preferibilmente a coppie.

Questa scoperta apre un modo completamente nuovo di realizzare brillanti, sorgenti a singolo fotone integrate in fibra. Allo stesso tempo, il principio di funzionamento dimostrato dai ricercatori può essere applicato ad ampie gamme dello spettro elettromagnetico (dalle microonde ai raggi X). Ciò apre la possibilità di generare singoli fotoni in intervalli spettrali per i quali finora non sono disponibili sorgenti. I ricercatori hanno già presentato una domanda di brevetto per questa tecnologia.