Свет по заказу: как настроить источник фотонов на чипе экспресс
Если бы свет можно было разливать по бутылкам, учёные получили бы идеальный конвейер: одна бутылка — ровно один фотон, без капель мимо. Такие одиночные частицы света нужны квантовым компьютерам и защищённой связи: они переносят информацию, которую нельзя незаметно подслушать. Но выдавать фотоны по одному и точно в срок — задача посложнее, чем кажется.
Внутри фотонного чипа работает крошечное кольцо — как круглая гоночная трасса для света. Два лазерных луча заезжают в него, сталкиваются и иногда, очень редко, рождают пару новых фотонов: один — сигнальный, второй — рабочий. Сигнальный тут же вылетает и сообщает: «Готово, бери». Рабочий отправляется в дело. Беда в том, что обычно либо пар мало, либо сигналы часто врут.
Авторы работы нашли золотую середину. Они плавно меняли «ширину турникета» — силу связи кольца с подводящими световодами — и смотрели, сколько рождается пар и насколько точен сигнал. Выяснилось: если пускать свет чуть свободнее, чем нужно для максимума пар, счётчик пар взлетает выше 93 тысяч в секунду. А если открыть почти настежь, сигнал становится честным в 97,87% случаев. Это как настроить кран так, чтобы вода лилась мощной струёй, но без брызг.
Такой источник света — как хорошо отлаженный заводской станок: выдаёт деталь за деталью, почти без брака. В будущем на таких чипах можно собирать целые квантовые вычислители, где каждый фотон — как надёжный курьер с секретным письмом.
Счётчик совпадений в эксперименте ловил больше 93 000 пар фотонов за секунду — это как если бы каждую секунду зажигались и гасли 93 тысячи лампочек, и каждая вспышка была бы строго одиночной.