Licht kann verwendet werden, um einzelne Atome entlang von Nanofasern zu steuern.
Das ursprüngliche Ziel des Projekts DIALON (From Dicke states to Anderson localisation of light in optical nanofibres) war die Erforschung der Veränderung der Emissionseigenschaften von Atomen in einem Lichtwellenleiter, die durch die lineare und eventuell regelmäßige Anordnung der Atome entlang der Nanofaser induziert wird. Erste Experimente ergaben jedoch lang übersehene und deutlich neue Effekte: wenn Licht eng beschränkt wird, wird es chiral, was bedeutet, dass die Ausbreitungsrichtung des Lichtfeldes und das Vorzeichen des Spins, welchen es trägt, miteinander verknüpft sind. Da diese chiralen Eigenschaften völlig unerwartet waren und ein neues Studienfeld für dieses System eröffneten, wurde beschlossen, das DIALON-Projekt auf diesen neuen Effekt hin zu orientieren. Das Projekt konnte eine Manipulation der gefangenen Atome in Submikrometerauflösung erreichen. Durch die Nutzung der Polarisationseigenschaften von fasergelenktem Licht wurde gezeigt, dass die Atome in Quantenspinzuständen zubereitet werden können, die von der Position der Atome auf der Nanofaser abhängen. Atome, die auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Nanofaser liegen, weniger als ein Mikrometer entfernt, können einzeln über Mikrowellenstrahlung betrachtet werden. Über das große Potenzial von eng begrenztem Licht hinaus hat diese Arbeit leistungsfähige neue Werkzeuge für die Steuerung des Quanten-Spin-Zustands und die Position der gefangenen Atome bereitgestellt. Dies wird für die Entwicklung neuer nanophotonischer integrierter Vorrichtungen von Bedeutung sein. Der Rest des Projektes war der Entwicklung solcher Vorrichtungen gewidmet. Das Team nutzten die Kontrolle über den Quantenzustand der gefangenen Atome und der Polarisation der durch die Nanofaser-gelenkten Lichtfelder, um einen optischen auf Fasern basierten Speicher zu schaffen: Sie konnten den Lichtimpuls einer Sonde komplett stoppen, und diesen im atomaren Ensemble speichern, bevor sie ihn zurückholten. Das in der Nanofaser gefangene Ensemble stellte einen optischen Speicher dar, einen der Bausteine, die für künftige optische Quanteninformationsnetze erforderlich sind. Die Bemühungen konzentrierten sich schließlich auf die Demonstration einer integrierten nicht-reziproken Vorrichtung, einen optischen Isolator, der als Einbahnstraße für Licht dient. Dies sollte den Weg zur Entwicklung von neuartigen integrierten optischen Vorrichtungen für klassische und Quantennetzwerke öffnen.
Schlüsselbegriffe
Nanofasern, DIALON, Lichtwellenleiter, gefangene Atome, Quanten-Spin-Zustand
