Свет представляет собой поток элементарных частиц — фотонов. В специальном световоде, который можно представить как узкий коридор, атом-«привратник» обычно пропускает фотоны поодиночке. Этот эффект изучает спектроскопия одиночных частиц — метод, позволяющий исследовать взаимодействие света с веществом на уровне отдельных квантов.

Когда в световод помещают двух «привратников» — в эксперименте это были два искусственных атома, фактически крошечные сверхпроводящие контуры, — их совместное влияние заставляет фотоны собираться в тройки. Искусственные атомы, соединённые общим световодом, действуют как единая система: одиночные фотоны, которые в обычных условиях не взаимодействуют друг с другом, начинают двигаться группами по три. Они по-прежнему перемещаются с скоростью света, но их коллективное поведение радикально меняется. Этот результат согласуется с Стандартной моделью физики частиц — теорией, описывающей фундаментальные взаимодействия, — и открывает путь к многозадачной квантовой оптике, где состояния света можно точно контролировать.

О возможности таких многофотонных состояний десятилетиями размышляли пионеры квантовой оптики — Леонард Мандель и Рой Глаубер, чьи работы заложили основы понимания когерентности и статистики света.