Лазерный импульс попадает в крошечную полость из прозрачного кристалла. Внутри свет мечется между зеркалами, и иногда один фотон расщепляется на пару: один летит в одну сторону, другой — в другую. Один из них становится сигналом, а второй — «звонком», который сообщает: одиночный фотон готов. Такой источник не выдаёт фотоны по расписанию, зато точно сообщает, когда одиночный фотон появился.
Исследователи изготовили полость из кристалла, который при освещении лазером рождает пары фотонов. Они направили свет в полость и измерили, сколько одиночных фотонов получилось. Оказалось, что 70% «звонков» сопровождаются настоящим одиночным фотоном. Это рекорд для такого типа источников. Правда, без дополнительной фильтрации фотоны получаются не совсем чистыми: иногда вместо одного фотона вылетают два. Учёные поставили на выходе специальный фильтр — эталон. Он пропускает только фотоны нужной частоты, как узкая дверь пропускает людей по одному. После фильтра чистота выросла до 96%.
Такой источник можно использовать в квантовой криптографии, где каждый фотон несёт секретный ключ. Если фотонов два, злоумышленник может перехватить лишний и взломать шифр. Поэтому чистота так важна. В будущем подобные источники помогут строить квантовые сети, где информация передаётся абсолютно защищённо.
Длина волны 1540 нм находится в ближнем инфракрасном диапазоне — это тот же диапазон, в котором работают оптоволоконные линии связи, поэтому такие фотоны можно отправлять по обычным оптоволоконным кабелям.
В сериале «Звёздный путь» квантовая запутанность используется для мгновенной связи на расстоянии; подобные источники одиночных фотонов — шаг к реальным квантовым коммуникациям.