La lumière peut être dirigée dans différentes directions, généralement aussi revenir de la même manière. Des physiciens de l'Université de Bonn et de l'Université de Cologne ont, cependant, réussi à créer une nouvelle rue à sens unique pour la lumière. Ils refroidissent les photons en un condensat de Bose-Einstein, ce qui fait que la lumière s'accumule dans des "vallées" optiques d'où elle ne peut plus revenir. Les résultats de la recherche fondamentale pourraient également présenter un intérêt pour la communication quantique du futur. Les résultats sont publiés dans Science .

Un faisceau lumineux est généralement divisé en étant dirigé sur un miroir partiellement réfléchissant :une partie de la lumière est ensuite réfléchie pour créer l'image miroir. Le reste passe par le miroir. "Toutefois, ce processus peut être inversé si le montage expérimental est inversé, " explique le professeur Martin Weitz de l'Institut de physique appliquée de l'Université de Bonn. Si la lumière réfléchie et la partie de la lumière traversant le miroir sont envoyées dans la direction opposée, le faisceau lumineux d'origine peut être reconstitué.

Le physicien étudie les états quantiques optiques exotiques de la lumière. Avec son équipe et le professeur Dr. Achim Rosch de l'Institut de physique théorique de l'Université de Cologne, Weitz recherchait une nouvelle méthode pour générer des rues optiques à sens unique en refroidissant les photons :en raison de la plus petite énergie des photons, la lumière doit s'accumuler dans les vallées et être ainsi divisée de manière irréversible. Les physiciens ont utilisé à cet effet un condensat de Bose-Einstein fait de photons, que Weitz a réalisé pour la première fois en 2010, devenant le premier à créer un tel "super-photon".

Un faisceau de lumière est projeté dans les deux sens entre deux miroirs. Au cours de ce processus, les photons entrent en collision avec des molécules de colorant situées entre les surfaces réfléchissantes. Les molécules de colorant "avalent" les photons puis les crachent à nouveau. "Les photons acquièrent la température de la solution de colorant, " dit Weitz. " Au cours de cela, ils refroidissent à température ambiante sans se perdre."

En irradiant la solution de colorant avec un laser, les physiciens augmentent le nombre de photons entre les miroirs. La forte concentration des particules lumineuses combinée au refroidissement simultané provoque la fusion des photons individuels pour former un « super-photon, " également connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein.

Deux vallées optiques "attrapent" la lumière

L'expérience actuelle a fonctionné conformément à ce principe. Cependant, l'un des deux miroirs n'était pas complètement plat, mais avait deux petites vallées optiques. Lorsque le faisceau lumineux pénètre dans l'un des renfoncements, la distance, et donc la longueur d'onde, devient légèrement plus long. Les photons ont alors une énergie plus faible. Ces particules légères sont "refroidies" par les molécules de colorant puis passent à un état de basse énergie dans les vallées.

Cependant, les photons dans les empreintes ne se comportent pas comme des billes roulant sur une tôle ondulée. Les marbres roulent dans les vallées de la tôle ondulée et y restent, séparés par les "pics".

« Dans notre expérience, les deux vallées sont si proches l'une de l'autre qu'un couplage tunnel se produit, " rapporte l'auteur principal Christian Kurtscheid de l'équipe Weitz. Il n'est donc plus possible de déterminer quels photons se trouvent dans quelle vallée. " Les photons sont retenus dans les deux vallées et entrent dans l'état d'énergie le plus bas du système, " explique Weitz. " Cela divise irréversiblement la lumière comme si elle passait par une intersection au bout d'une rue à sens unique, tandis que les ondes lumineuses restent synchronisées dans différents retraits. "

Les scientifiques espèrent que ce dispositif expérimental permettra de produire des états quantiques encore plus complexes permettant la génération d'états multiparticulaires photoniques entrelacés. "Peut-être que les ordinateurs quantiques utiliseront un jour cette méthode pour communiquer entre eux et former une sorte d'Internet quantique, " dit Weitz avec une vision vers l'avenir.