Als je tegen iemand aan de andere kant van je tuin schreeuwt, het geluid reist op de bruisende beweging van luchtmoleculen. Maar over lange afstanden heeft uw stem hulp nodig om zijn bestemming te bereiken - hulp van een telefoon of internet. Atomen schreeuwen niet, maar ze kunnen informatie delen door middel van licht. En ze hebben ook hulp nodig bij het verbinden over lange afstanden.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Joint Quantum Institute (JQI) hebben aangetoond dat nanovezels een verband kunnen leggen tussen verafgelegen atomen, dienen als een lichtbrug tussen hen. Hun onderzoek, die werd uitgevoerd in samenwerking met het Army Research Lab en de National Autonomous University of Mexico, werd vorige week gepubliceerd in Natuurcommunicatie . De nieuwe techniek kan uiteindelijk zorgen voor veilige communicatiekanalen tussen verre atomen, moleculen of zelfs kwantumstippen.

Een opgewonden atoom - dat wil zeggen, een met wat extra energie - straalt licht uit wanneer het energie verliest. Gewoonlijk spuwen atomen dit licht in willekeurige richtingen en op verschillende tijdstippen uit. Maar dit willekeurige proces kan worden getemd als opgewonden atomen dicht bij elkaar worden gebundeld. In dat geval, atomen kunnen hun lichtemissie synchroniseren, als het ritmische klappen van een waarderend publiek. Echter, dit synchronisatie-effect, die wordt veroorzaakt door het licht van verschillende atomen die samenkomen, reikt niet ver omdat de sterkte van het licht over korte afstanden drastisch afneemt. Terwijl je buurman je over enkele meters kan horen schreeuwen, atomen moeten heel dicht bij elkaar zijn om met elkaar te kunnen interageren - meestal dichterbij dan een micron, die honderd keer kleiner is dan de breedte van een mensenhaar.

Nutsvoorzieningen, natuurkundigen hebben het bereik waarover atomen hun lichtemissie kunnen synchroniseren uitgebreid met behulp van een optische nanovezel. In een experiment, de onderzoekers dompelen een nanovezel onder in een wolk van koude rubidiumatomen en prikkelen de atomen met een laserstraal. Terwijl atomen in de wolk zich verplaatsen, ze komen soms heel dicht bij de vezel. Als een atoom licht uitstraalt in de buurt van de vezel, de glasdraad kan het licht opvangen en naar een ander atoom leiden, zelfs als de atomen ver uit elkaar staan.

Het team observeerde een groep atomen die lichtpulsen uitzonden met verschillende snelheden dan hun gewone, niet-gesynchroniseerde ikken - een kenmerk van deze verreikende interacties. Het effect hield aan, zelfs toen natuurkundigen de atomaire wolk in tweeën splitsten, zodat atomen in afzonderlijke wolken alleen door de vezel konden worden verbonden. en niet door andere atomen in de cloud.

De atomen in dit experiment zijn slechts gescheiden door afstanden van een paar stukjes papier, maar de auteurs zeggen dat langere afstanden - meters of zelfs kilometers - haalbaar moeten zijn. "We hebben aangetoond dat optische nanovezels uitstekend geschikt zijn voor het verbinden van atomen die vrij ver uit elkaar liggen - als de atomen zo groot waren als mensen, het zou een afstand zijn van meer dan 300 kilometer, " zegt Pablo Solano, de hoofdauteur van het artikel en een voormalige JQI-afgestudeerde student. "De vraag is nu niet of de atomen op elkaar inwerken, maar hoe ver kunnen we hun glasvezel-gemedieerde verbindingen duwen." Op de schaal van atomen is zelfs een paar meter een enorme afstand. Maar de auteurs zeggen dat een combinatie van optische nanovezels en gewone glasvezel-technologieën die al lang worden ingezet - telefoneren op afstand, kabel-tv en internet - zouden het bereik van deze atomaire verbindingen nog verder kunnen uitbreiden.