Две фабрики фотонов заговорили в унисон ✎ экспресс
Два музыканта в разных комнатах играют одну ноту. Звук должен быть настолько одинаковым, чтобы слушатель не смог определить, кто играет. В квантовом мире роль таких музыкантов исполняют источники одиночных фотонов — частиц света, которые должны быть неотличимы друг от друга. Без этого не построить ни квантовый компьютер, ни защищённую сеть связи.
Квантовые точки — крошечные кристаллы полупроводника, способные испускать ровно один фотон по команде. Помещённые в оптический резонатор (миниатюрную зеркальную полость, усиливающую свет), они работают с рекордной эффективностью. Но две такие точки из разных устройств обычно чуть-чуть различаются: длина волны света, темп испускания, дрожание от теплового шума. Даже крошечная разница делает фотоны различимыми — и квантовый эффект пропадает.
Авторы новой работы изготовили на одной подложке множество резонаторов с квантовыми точками, добившись ультранизкого спектрального шума и малого разброса длин волн. Затем они использовали два механизма точной подстройки, чтобы свести спектры двух далёких источников в идеальное совпадение. Результат: фотоны от двух разных источников стали неразличимы на 88±1% — это верхний предел, заданный собственным несовершенством каждого источника по отдельности.
Такой результат — важная веха для масштабирования фотонных квантовых технологий. Теперь можно объединять множество независимых источников в единую квантовую сеть, не теряя идентичности частиц. Музыканты из разных комнат наконец-то играют в унисон.
Квантовая точка настолько мала, что на острие иглы поместились бы миллионы таких источников, но каждый испускает строго один фотон за раз — как автомат, выдающий по одному шарику.
В сериале «Тьма» квантовая запутанность связывает события в разных временах — подобные источники неразличимых фотонов могли бы стать основой для реальной квантовой связи между далёкими узлами.