La luz en la fibra óptica es un flujo de fotones, y para la comunicación cuántica se necesitan fotones individuales que puedan enviarse uno a uno. Pero lograr que salgan rápidamente y además sean indistinguibles entre sí es una tarea difícil. En el nuevo trabajo, los físicos tomaron un punto cuántico semiconductor —un cristal diminuto que actúa como trampa para electrones— y lo colocaron en un microresonador. El resonador amplifica la radiación y ayuda a que los fotones salgan en la dirección deseada.
Al controlar el punto con pulsos láser, los autores lograron la emisión de fotones individuales a una frecuencia de reloj de 2,5 GHz, es decir, 2,5 mil millones de veces por segundo. Además, los fotones son casi indistinguibles: la visibilidad de interferencia superó el 85%, y la probabilidad de emitir dos fotones a la vez en lugar de uno fue inferior al 4%. Esto se acerca al límite teórico para este tipo de sistema.
Esta fuente de fotones opera en la banda C de telecomunicaciones (alrededor de 1550 nm), donde las pérdidas en la fibra óptica son mínimas. Por lo tanto, puede integrarse en las líneas de comunicación existentes. La alta velocidad y la indistinguibilidad de los fotones son necesarias para los protocolos cuánticos, donde la información se codifica en los estados de partículas de luz individuales. El resultado acerca las redes cuánticas capaces de transmitir datos a largas distancias sin perder seguridad.
La frecuencia de 2,5 GHz significa que el intervalo entre fotones es de solo 0,4 nanosegundos. En ese tiempo, la luz recorre apenas 12 centímetros.