Om du skriker åt någon på andra sidan din trädgård, ljudet färdas på den livliga rörelsen av luftmolekyler. Men över långa avstånd behöver din röst hjälp för att nå sin destination – hjälp från en telefon eller internet. Atomer skriker inte, men de kan dela information genom ljus. Och de behöver också hjälp att ansluta över långa avstånd.

Nu, forskare vid Joint Quantum Institute (JQI) har visat att nanofibrer kan ge en länk mellan avlägsna atomer, fungerar som en lätt bro mellan dem. Deras forskning, som genomfördes i samarbete med Army Research Lab och National Autonomous University of Mexico, publicerades förra veckan i Naturkommunikation . Den nya tekniken kan så småningom tillhandahålla säkra kommunikationskanaler mellan avlägsna atomer, molekyler eller till och med kvantprickar.

En exciterad atom - det vill säga en med lite extra energi – avger ljus när den tappar energi. Vanligtvis spottar atomer ut detta ljus i slumpmässiga riktningar och vid olika tidpunkter. Men denna slumpmässiga process kan tämjas om exciterade atomer samlas nära varandra. Isåfall, atomer kan synkronisera sina ljusemissioner, som en uppskattande publiks rytmiska klappning. Dock, denna synkroniseringseffekt, som orsakas av ljus från olika atomer som går samman, når inte särskilt långt eftersom ljusets styrka försvagas drastiskt över korta avstånd. Medan din granne kanske hör dig skrika över flera meter, atomer måste vara riktigt nära för att interagera med varandra - vanligtvis närmare än en mikron, som är hundra gånger mindre än bredden på ett människohår.

Nu, fysiker har utökat intervallet över vilket atomer kan synkronisera sin ljusemission genom att använda en optisk nanofiber. I ett experiment, forskarna doppar ner en nanofiber i ett moln av kalla rubidiumatomer och exciterar atomerna med en laserstråle. När atomer i molnet rör sig, de kommer ibland väldigt nära fibern. Om en atom avger ljus nära fibern, glastråden kan fånga ljuset och leda det till en annan atom, även om atomerna är långt ifrån varandra.

Teamet observerade en grupp atomer som sänder ut ljuspulser med andra hastigheter än deras vanliga, osynkroniserade jag – en signatur för dessa långtgående interaktioner. Effekten kvarstod även när fysiker klöv atommolnet i två delar så att atomer i separata moln bara kunde ansluta genom fibern, och inte genom andra atomer i molnet.

Atomerna i det här experimentet är bara åtskilda av avstånd av några få papperslappar, men författarna säger att längre avstånd – meter eller till och med kilometer – borde vara genomförbara. "Vi har visat att optiska nanofibrer är utmärkta för att koppla samman atomer som är ganska långt ifrån varandra - om atomerna var lika stora som människor, det skulle vara ett avstånd på mer än 300 kilometer, säger Pablo Solano, huvudförfattaren till tidningen och en före detta JQI doktorand. "Frågan nu är inte om atomerna interagerar, men hur långt kan vi driva deras optiskt-fibermedierade anslutningar." På atomernas skala är till och med några meter ett enormt avstånd. Men författarna säger att en kombination av optiska nanofibrer och vanlig fiberoptik — tekniker som redan har använts under lång tid. distanstelefonsamtal, kabel-TV och internet – skulle kunna utöka räckvidden för dessa atomanslutningar ännu längre.