ينقر الليزر بتردد عشرة ملايين مرة في الثانية، وكل نقرة تُطلق من غشاء البوليستيرين فوتونًا واحدًا بالضبط. ليس حزمة ولا دفعة، بل جسيم ضوء وحيد، معبأ بدقة في المكان والزمان. المصدر هو جزيء يمكن شراؤه من كتالوج الكواشف الكيميائية: فوليرين C60، ستون ذرة كربون مطوية على شكل كرة قدم. تلك الكرة التي مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996 لتخليقها. الآن تلعب لعبة مختلفة.

حتى وقت قريب، كان يُعتقد أن إصدار فوتونات مفردة يتطلب إما درجات حرارة منخفضة جدًا وهياكل غير متجانسة شبه موصلة معقدة، أو نقاطًا كمومية غروية تومض وتتلاشى. عمل فيزيائيي برشلونة يكسر هذه الصورة المألوفة. قاموا بإذابة C60 تجاري في التولوين مع البوليستيرين، ووضعوا قطرة على ركيزة ذهبية ولفروها بسرعة 4000 دورة في الدقيقة. النتيجة غشاء توجد فيه جزيئات فوليرين منفردة معزولة عن بعضها البعض، مثل كرات في قاعة فارغة ضخمة. بعد ذلك، إثارة بليزر بطول موجة 405 نانومتر وتسجيل الضوء المنبعث في مقياس هانبري براون وتويس. هذا الجهاز يقيس ما إذا كانت الفوتونات تصل في أزواج أم بشكل فردي تمامًا.

الكمية الأساسية هي دالة الارتباط من الدرجة الثانية g(2)(0). إذا كانت أقل من 0.5، فإن الفوتونات لا تأتي في أزواج: المصدر مفرد. في أغشية برشلونة، مع الإثارة المستمرة، g(2)(0) = 0.304 ± 0.024. مع الإثارة النبضية بتردد 10 ميجاهرتز، تكون 0.308 ± 0.024. هذا يعني أن الفوتونات تُصدر عند الطلب، بنقاء كافٍ للتشفير الكمومي. زمن حياة الإكسيتون، أي الحالة المثارة للجزيء قبل الإصدار، كان حوالي 4.5 نانوثانية، مع تباين من 3 إلى 27 نانوثانية اعتمادًا على البيئة المحلية. الوميض، أي التبديل العشوائي بين الحالة الساطعة والمظلمة، يوصف بقانون قوة بأس α = 0.369. هذا يشير إلى ديناميكيات معقدة متعددة المستويات، وليس نموذجًا بسيطًا من ثلاثة مستويات.

من أين يأتي الضوء؟ C60 النقي لا يصدر تقريبًا: تماثله العالي يمنع الانتقالات البصرية. ولكن تحت تأثير الضوء والأكسجين، ترتبط ذرات الأكسجين بالجزيء، مما يكسر التماثل ويسمح بالانتقالات. لذلك، يُفسر طيف الانبعاث بذروة عند 620 نانومتر بأكسدة C60 الضوئية، أي تكوين C60On. هذا في نفس الوقت نقمة ونعمة. من ناحية، الأكسدة تجعل الجزيء ساطعًا. من ناحية أخرى، هي التي تُدخل عدم الاستقرار والوميض. التحكم في درجة الأكسدة هو المفتاح لمصادر مستقرة.

الفائدة العملية واضحة. تتطلب الاتصالات الكمومية مصادر فوتونات مفردة تعمل في درجة حرارة الغرفة، وتكون رخيصة وقابلة للتوسع. لا حاجة هنا لمنشآت تبريد أو تصنيع نانوي معقد. زمن حياة الإكسيتون القصير يعد بمعدل توليد فوتونات مرتفع. لكن الوميض وتباين أزمنة الحياة يُظهران أن الجزيئات حساسة للبيئة. الخطوة التالية هي التعديل الكيميائي للفوليرينات، على سبيل المثال إضافة مجموعات وظيفية، لقمع الوميض وتضييق توزيع أزمنة الحياة. الدمج في رنانات بصرية سيسرع الإشعاع ويزيد من كفاءة جمع الفوتونات.

كرة القدم التي تُطلق فوتونًا واحدًا عند الصافرة، لم تعد مجازًا، بل عنصر عمل في شبكات الكم المستقبلية. نفس C60 الذي أدهش الكيميائيين بتماثله، يدهش الآن الفيزيائيين بقدرته على أن يكون مصدرًا للضوء الكمومي. اللعبة بدأت للتو.