Światło kontroluje pojedyncze atomy ułożone wzdłuż nanowłókien
Początkowym celem projektu DIALON (From Dicke states to Anderson localisation of light in optical nanofibres) było przyjrzenie się modyfikacjom właściwości emisyjnych atomów w światłowodzie wywołanych liniową i możliwie regularną organizacją atomów wzdłuż nanowłókna. Jednak wstępne prace doświadczalne ujawniły dotąd ignorowane, choć istotne nowe efekty: szczelnie zamknięte cząsteczki światła stają się chiralne, co oznacza, że kierunek propagacji światła oraz znak spinu są powiązane. Ponieważ chiralność cząsteczek okazała się dla badaczy zaskoczeniem i otworzyła nowe pole do badań nad zastosowaniem nowego systemu, podjęto decyzję o zmianie kierunku badań projektu DIALON. Badaczom udało się osiągnąć submikrometrową rozdzielczość manipulowania schwytanymi atomami. Badając właściwości polaryzacyjne światła biegnącego wzdłuż włókna wykazali oni, że atomy można przygotować w stanie spinu kwantowego, który zależy od ułożenia atomów wokół nanowłókna. Możliwe jest oddziaływanie na atomy położone po przeciwnych stronach nanowłókna optycznego, mniej niż 1 mikron od siebie, pojedynczo za pośrednictwem promieniowania mikrofalowego. Oprócz wskazania na niezwykły potencjał, jaki oferuje szczelnie zamknięte światło, prace zespołu dostarczyły również solidnych narzędzi do sterowania zarówno stanem spinu kwantowego, jaki i organizacją schwytanych atomów. Jest to ważne z punktu widzenia rozwoju nowych nanofotonicznych urządzeń zintegrowanych. Pozostałą część projektu poświęcono na opracowanie takich właśnie urządzeń. Wykorzystując kontrolę nad stanem kwantowym schwytanych atomów oraz polaryzację pól światła biegnącego wzdłuż nanowłókna badacze stworzyli pamięć optyczną całkowicie na bazie włókna. Badaczom udało się zatrzymać pulsowanie sondującej wiązki światła i zmagazynować ją w zespole atomów przed ponownym odzyskaniem. Zespół atomów schwytanych w nanowłóknie stanowił pamięć optyczną, czyli jeden z elementów niezbędnych do stworzenia optycznych kwantowych sieci informacyjnych w przyszłości. W końcowej fazie projektu badacze skupili się na zademonstrowaniu nierecyprokalnego urządzenia zintegrowanego, tj. optycznego izolatora, który działa jak jednokierunkowa ulica, wzdłuż której biegnie światło. To powinno otworzyć drogę do rozwoju nowoczesnych optycznych urządzeń zintegrowanych dla klasycznych i kwantowych sieci bazujących na nanowłóknach.
Słowa kluczowe
Nanowłókna, DIALON, optyczny falowód, atomy schwytane, stan spinu kwantowego
