Свет в оптоволокне — это поток фотонов, и для квантовой связи нужны одиночные фотоны, которые можно отправлять по одному. Но сделать так, чтобы они вылетали быстро и при этом были неотличимы друг от друга, — сложная задача. В новой работе физики взяли полупроводниковую квантовую точку — крошечный кристалл, который работает как ловушка для электронов, — и поместили её в микрорезонатор. Резонатор усиливает излучение и помогает фотонам выходить в нужном направлении.
Управляя точкой лазерными импульсами, авторы добились испускания одиночных фотонов с тактовой частотой 2,5 ГГц — то есть 2,5 миллиарда раз в секунду. При этом фотоны почти неразличимы: интерференционная видимость превысила 85%, а вероятность выдать сразу два фотона вместо одного — меньше 4%. Это близко к теоретическому пределу для такой системы.
Такой источник фотонов работает в телекоммуникационном C-диапазоне (около 1550 нм), где потери в оптоволокне минимальны. Значит, его можно встраивать в существующие линии связи. Высокая скорость и неразличимость фотонов нужны для квантовых протоколов, где информация кодируется в состояниях одиночных частиц света. Результат приближает квантовые сети, способные передавать данные на большие расстояния без потери защищённости.
Частота 2,5 ГГц означает, что промежуток между фотонами — всего 0,4 наносекунды. За это время свет проходит всего 12 сантиметров.