Physiciens d'Allemagne, Danemark, et l'Autriche ont réussi à créer une sorte de tourniquet pour la lumière en fibres de verre qui permet aux particules lumineuses de ne passer qu'une à la fois

Fibres de verre, qui guident la lumière laser, sont l'épine dorsale de la société de l'information moderne d'aujourd'hui. Si vous considérez la lumière laser comme un flux de particules lumineuses, ce qu'on appelle les photons, alors ceux-ci sont complètement indépendants les uns des autres et leur heure d'arrivée exacte est laissée au hasard. En particulier, deux photons peuvent arriver simultanément au récepteur. Pour de nombreuses applications, cependant, il est souhaitable qu'un photon soit enregistré après l'autre, c'est-à-dire que les particules de lumière sont alignées comme un collier de perles.

De tels photons isolés sont, par exemple, une exigence de base pour la communication quantique, où l'on peut communiquer d'une manière fondamentalement étanche. Jusqu'à maintenant, des émetteurs quantiques uniques tels qu'un seul atome ou une seule molécule ont typiquement agi comme sources pour de tels flux de photons individuels. Si l'émetteur quantique est excité avec de la lumière laser et émet une fluorescence, il émettra toujours exactement un photon à chaque saut quantique. Pour ce type de source, c'est alors toujours un défi de « alimenter » efficacement les photons émis dans une fibre de verre afin d'en envoyer le plus grand nombre possible vers le récepteur.

Des scientifiques allemands, Le Danemark et l'Autriche ont réussi pour la première fois à convertir directement la lumière laser dans les fibres optiques en un flux de photons isolés au moyen d'un nouvel effet. La proposition pour l'expérience est venue des physiciens théoriciens Dr. Sahand Mahmoodian et Prof. Klemens Hammerer de l'Université Leibniz de Hanovre et de collègues de l'Université de Copenhague. Elle a ensuite été réalisée dans le groupe de recherche du Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel à l'Université Humboldt de Berlin. Dans ce but, les chercheurs ont utilisé une puissante interface atome-lumière, dans lequel des atomes sont piégés à proximité d'une nanofibre dite optique et couplés de manière contrôlée à la lumière guidée dans la nanofibre.

Ces fibres de verre spéciales sont cent fois plus fines qu'un cheveu humain et les atomes sont maintenus en place à 0,2 micromètre de la surface de la fibre de verre à l'aide de pinces faites de lumière laser. À la fois, ils sont refroidis par la lumière laser à une température de quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Ce système a permis aux chercheurs de contrôler avec précision le nombre d'atomes le long du faisceau laser. Dans l'expérience, les chercheurs ont ensuite analysé la fréquence à laquelle les photons sortaient de la fibre individuellement ou par paires.

Quand environ 150 atomes ont été piégés près de la nanofibre, il s'est avéré que la lumière transmise n'était pratiquement constituée que de photons isolés. Donc, collectivement, les atomes agissaient pour les photons comme un tourniquet qui régule un flux de personnes. Étonnamment, l'effet était inverse lorsqu'on augmentait le nombre d'atomes :alors les atomes laissaient passer les photons de préférence par paires.

Cette découverte ouvre une toute nouvelle façon de réaliser des sources de photons uniques intégrées à la fibre. À la fois, le principe de fonctionnement démontré par les chercheurs peut être appliqué à de larges plages du spectre électromagnétique (des micro-ondes aux rayons X). Cela ouvre la possibilité de générer des photons uniques dans des gammes spectrales pour lesquelles aucune source n'est disponible à ce jour. Les chercheurs ont déjà déposé une demande de brevet pour cette technologie.