Nyt kvanteoptisk eksperiment er med til at omdanne laserlys til rækker af fotoner
Et nyt kvanteoptisk eksperiment kan have afgørende betydning for sikrere behandlinger af information og for udforskningen af kvantekommunikation generelt. Bag forskerholdet står blandt andet professor Anders S. Sørensen, fra DG’s Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q). Eksperimentet er for nylig blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Photonics.
Sammenspillet mellem lys og stof er længe blevet studeret af fysikere verden over. Det er især undersøgelsen af, hvordan fotoner påvirkes, når de bliver sendt ud gennem skyer af atomer, der interesserer forskere i kvanteoptik. En forståelse for dette sammenspil kan nemlig hjælpe forskere med at finde nogle mere sikre måder at behandle informationen på.
Men for at nå dertil, er det nødvendigt, at fotonerne sendes ind i glasfiberen på en måde, hvor de kan komme ud i isolerede og velordnede rækker i den anden ende. Det er hvad forskere fra Danmark, Tyskland og Østrig nu har formået at gøre, blandt andet med hjælp fra professor Anders S. Sørensen fra grundforskningscenteret Hy-Q, der var en af idemagerne til eksperimentet og en del af den teoretiske fase.
”Det er afgørende for at lave kvanteteknologier, hvor vi koder information i individuelle fotoner og atomer. Hvis du kan gøre det, arbejder du hen imod dramatiske nye måder at behandle oplysninger på. Enkeltfotoner kan for eksempel bruges til at sende krypterede beskeder, som ikke kan aflyttes,” forklarer professor Anders S. Sørensen.
Et vellykket eksperiment
Eksperimentet gik ud på at undersøge, hvor mange af de ydre atomer en foton skulle passere for at komme isoleret ud i den anden ende. For at komme isoleret ud skulle forskerne kontrollere antallet af atomer i glasfiberen. Atomerne blev fanget i nærheden af en optisk nanofiber, der er hundrede gange tyndere end et menneskehår.
Dertil bliver atomerne holdt på plads ved hjælp af en pincet af laserlys. Det blev udført 0,2 mikrometer fra glasfiberens overflade, hvor laserlyset sørgede for at køle atomerne ned til en temperatur på et par milliontedele af graden over det absolutte nulpunkt.
Forskerne nåede frem til et resultat, der lød på 150 atomer, som skulle fanges i nærheden af nanofiberen for, at fotonerne ville ende med at komme ud i en velordnet række én efter én. Når de forsøgte sig med færre atomer, forblev fotonerne påvirket, mens flere atomer resulterede i de kom ud i par.
Forskerholdet nåede både frem til det præcise interval, der fører til en transmission af fotoner og opdagede samtidigt, at det kunne gøres med svagt koblede atomer.
“Det gode ved dette interface er, at det er forholdsvis enkelt, og at det fungerer med svagt koblede atomer, hvilket betyder, at det også kan anvendes på for eksempel røntgenstråler i fremtiden”, forklarer Anders S. Sørensen, og tilføjer:
“Sådanne kilder har aldrig været tilgængelige før, så vi forstår endnu ikke hele spektret af anvendelsesmuligheder. Men potentielt kunne det bruges til ultra-følsomme målinger og giver mulighed for meget bredere udforskning af kvanteteknologier.”