Lichtdeeltjes (fotonen) komen voor als kleine, ondeelbare porties. Vele duizenden van deze lichte delen kunnen worden samengevoegd tot één superfoton als ze voldoende geconcentreerd en afgekoeld zijn. De afzonderlijke deeltjes versmelten met elkaar, waardoor ze niet van elkaar te onderscheiden zijn. Onderzoekers noemen dit een fotonisch Bose-Einstein-condensaat. Het is al lang bekend dat normale atomen dergelijke condensaten vormen. Prof. Martin Weitz van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Bonn trok in 2010 de aandacht van experts toen hij voor het eerst een Bose-Einstein-condensaat uit fotonen produceerde.

In zijn laatste studie, Het team van prof. Weitz experimenteerde met dit soort superfoton. In de proefopstelling is een laserstraal kaatste snel heen en weer tussen twee spiegels. Daartussen zat een pigment dat het laserlicht zo afkoelde dat uit de afzonderlijke lichtdelen een superfoton ontstond. "Het bijzondere is dat we een soort optische put hebben gebouwd in verschillende vormen, waarin het Bose-Einstein-condensaat kon stromen, " meldt Weitz.

Een polymeer varieert het lichtpad

Het team van onderzoekers gebruikte hier een truc:het mengde een polymeer in het pigment tussen de spiegels, die de brekingsindex veranderde afhankelijk van de temperatuur. De route tussen de spiegels voor het licht veranderde dus, zodat bij verhitting langere lichtgolflengten tussen de spiegels passeerden. De omvang van het lichtpad tussen de spiegels kon worden gevarieerd, doordat het polymeer via een zeer dunne verwarmingslaag kan worden verwarmd.

"Met behulp van verschillende temperatuurpatronen, we hebben verschillende optische deuken kunnen maken, " legt Weitz uit. De geometrie van de spiegel leek alleen te vervormen, terwijl de brekingsindex van het polymeer op bepaalde punten veranderde - echter, dit had hetzelfde effect als een holle vorm. Een deel van het superfoton stroomde in deze schijnbare bron. Op deze manier, konden de onderzoekers hun apparaat gebruiken om verschillende, zeer verliesarme patronen die het fotonische Bose-Einstein-condensaat hebben gevangen.

Voorloper van kwantumcircuits

Het team van onderzoekers onderzocht in detail de vorming van twee aangrenzende putten, geregeld via het temperatuurpatroon van het polymeer. Toen het licht in beide optische holtes op een vergelijkbaar energieniveau bleef, het superfoton stroomde van de ene put naar de naburige. "Dit was een voorloper van optische kwantumcircuits, " benadrukte de natuurkundige aan de Universiteit van Bonn. "Misschien zelfs complexe arrangementen, waarvoor kwantumverstrengeling optreedt in interactie met een mogelijke fotoninteractie in geschikte materialen, kan worden geproduceerd met deze experimentele opstelling."

Dit zou, beurtelings, voorwaarde zijn voor een nieuwe techniek voor kwantumcommunicatie en kwantumcomputers. "Maar dat is nog ver weg, ", zegt Weitz. De bevindingen van het onderzoeksteam kunnen ook worden gebruikt om lasers verder te ontwikkelen - bijvoorbeeld voor zeer nauwkeurig laswerk.