Если вам необходимо что-то сказать человеку, находящемуся на другом конце вашего двора, вам достаточно только повысить голос. Однако, если речь пойдет о куда больших расстояниях, то тут вам сможет помочь только телефон или Интернет. Атомы тоже могут обмениваться информацией при помощи света, и они так же нуждаются в дополнительной помощи, если их разделяет достаточно большое расстояние. Исследователи из Объединенного квантового института (Joint Quantum Institute, JQI), выяснили, что в качестве такой дополнительной помощи, позволяющей держать оптическую связь между двумя удаленными атомами, является «оптический мост» из тончайшего стеклянного нановолокна. Подобные «мосты» смогут стать в будущем основой безопасных коммуникационных каналов, соединяющих отдельные атомы, молекулы и даже квантовые точки.
Возбужденный атом является атомом, получившим извне некоторое количество дополнительной энергии. Через некоторое время атом излучает фотон света, отдавая излишки энергии, и возвращается в самое низкоэнергетическое состояние. В обычных условиях возбужденные атомы излучают фотоны света в произвольные моменты времени и в произвольном направлении, однако, если два возбужденных атома находятся достаточно близко друг к другу, они синхронизируются и действуют в унисон. Эффект оптической синхронизации не распространяется на большие расстояния, в обычных условиях атомы теряют синхронизацию при превышении расстояния между ними более чем на один микрон.
Ученым удалось добиться увеличения дальности оптической синхронизации за счет использования оптического нановолокна. В эксперименте это нановолокно было погружено в облако охлажденных атомов рубидия, которые возбуждались при помощи света лазера. Поскольку атомы перемещаются в облаке абсолютно хаотически, время от времени некоторые из них приближаются практически вплотную к оптическому волокну. И если один из «близких» атомов излучает в этот момент фотон света, этот фотон может попасть внутрь волокна и успешно добраться до другого атома, несмотря на разделяющее оба атома расстояние.
Наблюдая за светом, излучаемым облаком атомов рубидия в сумме, исследователи увидели в нем четкие следы процесса оптической синхронизации, которая полностью отсутствует при обычных условиях. При этом, эффект синхронизации сохранился после того, как облако атомов было разделено на два облака, находящиеся на разных концах оптического нановолокна, которое выступило в роли «моста» связующего два облака.
Во время экспериментов расстояние, разделявшее отдельные атомы не превышало 30 сантиметров, но исследователи не предполагают возникновения каких-либо проблем при увеличении расстояний до метров и километров.
Пока еще достаточно сложно предположить, принесет ли данное открытие какой-нибудь практический результат. Однако исследователи уверены, что комбинация их технологии с традиционными технологиями волоконной оптики будет способна через некоторое время существенно расширить возможности современных телефонных линий, кабельного телевидения и Интернета.
