Кран, из которого вода течёт не струёй, а строго по одной капле, — так можно описать источник одиночных фотонов, о котором рассказывают авторы. В обычном свете фотоны летят толпой, как вода из открытого крана. А для квантовых технологий нужны одиночные фотоны — «капли» света, которые можно использовать как кубиты или как курьеров для защищённой связи.
В этой работе учёные поместили один двухуровневый атом в микрополость (крошечный резонатор размером с долю миллиметра) и добавили особый материал с так называемой керровской нелинейностью: его отклик на свет зависит от интенсивности самого света. Как если бы кран сам прикрывался, когда через него проходит слишком много воды. Благодаря совместному действию связи атома со светом и этой нелинейности возникает фотонная блокада: если в резонатор уже попал один фотон, второй пройти не может — атом «занят».
Это важно потому, что реальные устройства всегда неидеальны. Атом может самопроизвольно испустить фотон не туда, резонатор может иметь щели, через которые свет утекает, а мощность накачки может «плавать». Устойчивость схемы означает, что источник одиночных фотонов будет работать надёжно, выдавая чистые и яркие одиночные фотоны.
Одиночный фотон настолько слаб, что глаз его не увидит, но именно такие «капли света» — основа самых защищённых каналов связи: подслушать передачу невозможно, не уничтожив сам фотон.