Si vous criez à quelqu'un de l'autre côté de votre jardin, le son se déplace sur le mouvement animé des molécules d'air. Mais sur de longues distances, votre voix a besoin d'aide pour atteindre sa destination—aide fournie par un téléphone ou Internet. Les atomes ne crient pas, mais ils peuvent partager des informations à travers la lumière. Et ils ont également besoin d'aide pour se connecter sur de longues distances.

Maintenant, des chercheurs du Joint Quantum Institute (JQI) ont montré que les nanofibres peuvent fournir un lien entre des atomes éloignés, servant de pont léger entre eux. Leurs recherches, qui a été menée en collaboration avec l'Army Research Lab et l'Université nationale autonome du Mexique, a été publié la semaine dernière dans Communication Nature . La nouvelle technique pourrait à terme fournir des canaux de communication sécurisés entre des atomes distants, molécules ou même des points quantiques.

Un atome excité, c'est-à-dire un avec un peu d'énergie supplémentaire - émet de la lumière lorsqu'il perd de l'énergie. Habituellement, les atomes crachent cette lumière dans des directions aléatoires et à des moments différents. Mais ce processus aléatoire peut être apprivoisé si les atomes excités sont regroupés les uns contre les autres. Dans ce cas, les atomes peuvent synchroniser leurs émissions lumineuses, comme les applaudissements rythmés d'un public admiratif. Cependant, cet effet de synchronisation, qui est causée par la lumière de différents atomes se joignant, ne va pas très loin car la force de la lumière s'affaiblit considérablement sur de courtes distances. Alors que votre voisin peut vous entendre crier sur plusieurs mètres, les atomes doivent être très proches pour interagir les uns avec les autres, généralement à moins d'un micron, qui est cent fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain.

Maintenant, les physiciens ont étendu la plage sur laquelle les atomes peuvent synchroniser leur émission lumineuse en utilisant une nanofibre optique. Dans une expérience, les chercheurs plongent une nanofibre dans un nuage d'atomes froids de rubidium et excitent les atomes avec un faisceau laser. Au fur et à mesure que les atomes du nuage se déplacent, ils s'approchent parfois très près de la fibre. Si un atome émet de la lumière près de la fibre, le fil de verre peut capter la lumière et la diriger vers un autre atome, même si les atomes sont éloignés les uns des autres.

L'équipe a observé un groupe d'atomes émettant des impulsions lumineuses à des rythmes différents de leur rythme ordinaire, moi non synchronisés - une signature de ces interactions de grande envergure. L'effet a persisté même lorsque les physiciens ont clivé le nuage atomique en deux afin que les atomes dans des nuages ​​séparés ne puissent se connecter qu'à travers la fibre, et non à travers d'autres atomes dans le nuage.

Les atomes de cette expérience ne sont séparés que par des distances de quelques morceaux de papier, mais les auteurs disent que des distances plus longues, des mètres ou même des kilomètres, devraient être réalisables. "Nous avons montré que les nanofibres optiques sont excellentes pour connecter des atomes assez éloignés les uns des autres - si les atomes étaient de la taille d'une personne, ce serait une distance de plus de 300 kilomètres, " dit Pablo Solano, l'auteur principal de l'article et un ancien étudiant diplômé de JQI. "La question n'est pas maintenant de savoir si les atomes interagissent, mais jusqu'où pouvons-nous pousser leurs connexions via la fibre optique." À l'échelle des atomes, même quelques mètres sont une distance énorme. Mais les auteurs disent qu'une combinaison de nanofibres optiques et de fibres optiques ordinaires - des technologies déjà déployées depuis longtemps appels téléphoniques à distance, la télévision par câble et Internet, pourraient étendre encore plus la portée de ces connexions atomiques.