Dans le domaine quantique, dans certaines circonstances et avec les bonnes configurations d'interférence, la lumière peut traverser des supports opaques.

Cette caractéristique de la lumière est plus qu'une astuce mathématique; mémoire quantique optique, le stockage optique et d'autres systèmes qui dépendent des interactions de quelques photons à la fois reposent sur le processus, appelée transparence induite électromagnétiquement, également connu sous le nom d'EIT.

En raison de son utilité dans les technologies quantiques et optiques existantes et émergentes, les chercheurs s'intéressent à la capacité de manipuler l'EIT sans l'introduction d'une influence extérieure, comme des photons supplémentaires qui pourraient perturber le système déjà délicat. Maintenant, des chercheurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis ont conçu un système de résonateur optique entièrement confiné qui peut être utilisé pour activer et désactiver la transparence, permettant une mesure de contrôle qui a des implications sur une grande variété d'applications.

Le groupe a publié les résultats de la recherche, menée dans le laboratoire de Lan Yang, le professeur Edwin H. &Florence G. Skinner au sein du département Preston M. Green d'ingénierie électrique et des systèmes, dans un article intitulé Electromagnetically Induced Transparency at a Chiral Exceptional Point dans le numéro du 13 janvier de Physique de la nature .

Un système de résonateur optique est analogue à un circuit résonant électronique mais utilise des photons au lieu d'électrons. Les résonateurs se présentent sous différentes formes, mais ils impliquent tous un matériau réfléchissant qui capte la lumière pendant un certain temps alors qu'elle rebondit entre ou autour de sa surface. Ces composants sont présents dans tout, des lasers aux appareils de mesure de haute précision.

Pour leurs recherches, L'équipe de Yang a utilisé un type de résonateur connu sous le nom de résonateur en mode galerie à chuchotement (WGMR). Il fonctionne d'une manière similaire à la galerie des chuchotements de la cathédrale Saint-Paul, où une personne d'un côté de la pièce peut entendre une personne chuchoter de l'autre côté. Ce que la cathédrale fait du son, cependant, Les WGMR fonctionnent avec la lumière - piégeant la lumière lorsqu'elle se réfléchit et rebondit le long du périmètre incurvé.

Dans un système idéalisé, une ligne de fibre optique coupe un résonateur, un anneau en silice, à une tangente. Lorsqu'un photon de la ligne rencontre le résonateur, il fonce, se réfléchissant et se propageant le long de l'anneau, sortant dans la fibre dans la même direction qu'elle était initialement dirigée.

Réalité, cependant, est rarement aussi soigné.

"La fabrication dans des résonateurs de haute qualité n'est pas parfaite, " dit Yang. " Il y a toujours un défaut, ou de la poussière, qui diffuse la lumière." Ce qui se passe réellement, c'est qu'une partie de la lumière diffusée change de direction, quitter le résonateur et revenir dans la direction d'où il est venu. Les effets de diffusion dispersent la lumière, et il ne quitte pas le système.

Imaginez une boîte autour du système :si la lumière entrait dans la boîte par la gauche, puis sorti par le côté droit, la boîte apparaîtrait transparente. Mais si la lumière qui entrait était dispersée et ne la distinguait pas, la boîte semblerait opaque.

Parce que les imperfections de fabrication des résonateurs sont incohérentes et imprévisibles, la transparence aussi. La lumière qui pénètre dans de tels systèmes se disperse et perd finalement de sa force; il est absorbé dans le résonateur, rendre le système opaque.

Dans le système conçu par les co-premiers auteurs Changqing Wang, un doctorat candidat, et Xuefeng Jiang, un chercheur dans le laboratoire de Yang, il y a deux WGMR indirectement couplés par une ligne de fibre optique. Le premier résonateur est de meilleure qualité, n'avoir qu'une imperfection. Wang a ajouté un minuscule matériau pointu qui agit comme une nanoparticule au résonateur de haute qualité. En déplaçant la particule de fortune, Wang a pu le "régler", contrôler la façon dont la lumière à l'intérieur se diffuse.

Surtout, il a également pu régler le résonateur sur ce qu'on appelle un "point exceptionnel, " un point où un et un seul état peut exister. Dans ce cas, l'état est la direction de la lumière dans le résonateur :dans le sens horaire ou antihoraire.

Pour l'expérimentation, les chercheurs ont dirigé la lumière vers une paire de résonateurs couplés indirectement depuis la gauche (voir illustration). L'onde lumineuse est entrée dans le premier résonateur, qui a été "réglé" pour assurer que la lumière voyage dans le sens des aiguilles d'une montre. La lumière rebondit autour du périmètre, puis sorti, en continuant le long de la fibre jusqu'à la seconde, résonateur de moindre qualité.

Là, la lumière a été dispersée par les imperfections du résonateur et une partie a commencé à se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d'une montre le long du périmètre. L'onde lumineuse est ensuite retournée à la fibre, mais retourna vers le premier résonateur.

De manière critique, les chercheurs ont non seulement utilisé la nanoparticule du premier résonateur pour faire bouger les ondes lumineuses dans le sens des aiguilles d'une montre, ils l'ont également réglé de manière à ce que, au fur et à mesure que les ondes lumineuses se propageaient entre les résonateurs, un motif d'interférence spécial se formerait. À la suite de ce modèle, la lumière dans les résonateurs a été annulée, pour ainsi dire, laisser passer la lumière voyageant le long de la fibre, rendre le système transparent.

Ce serait comme si quelqu'un éclairait un mur de briques :aucune lumière ne passerait. Mais alors une autre personne avec une autre lampe de poche l'a fait briller au même endroit et, Tout à coup, cette tache dans le mur est devenue transparente.

L'une des fonctions les plus importantes et intéressantes de l'EIT est sa capacité à créer une « lumière lente ». La vitesse de la lumière est toujours constante, mais la valeur réelle de cette vitesse peut changer en fonction des propriétés du milieu à travers lequel elle se déplace. Dans le vide, la lumière voyage toujours à 300, 000, 000 mètres par seconde.

Avec l'IET, les gens ont ralenti la lumière à des mètres-lumière par seconde, a dit Wang. "Cela peut avoir une influence significative sur le stockage des informations lumineuses. Si la lumière est ralentie, nous avons suffisamment de temps pour utiliser les informations codées pour l'informatique quantique optique ou la communication optique. » Si les ingénieurs peuvent mieux contrôler l'EIT, ils peuvent dépendre de manière plus fiable d'une lumière lente pour ces applications.

La manipulation de l'EIT pourrait également être utilisée dans le développement de la communication à longue distance. Un résonateur d'accord peut être couplé indirectement à un autre résonateur à des kilomètres le long du même câble à fibre optique. « Vous pouvez changer la lumière transmise sur toute la ligne, " a dit Yang.

Cela pourrait être critique pour, entre autres, cryptage quantique.