W zależności od eksperymentu stosuje się oba podejścia do generacji pojedynczych fotonów – albo poprzez osłabienie światła, lub przez wytworzenie pojedynczych fotonów na żądanie. Pierwsze podejście jest istotnie prostsze, jednak w tym wypadku przez większość czasu nie otrzymuje się żadnego fotonu, a od czasu do czasu mogą prześlizgnąć się dwa fotony. W przypadku niektórych eksperymentów nawet niewielka szansa przypadkowego wygenerowania dwóch fotonów może zniekształcić wynik eksperymentu, i wtedy wykorzystuje się deterministyczne źródła jednofotonowe, jednak podnosi to poziom skomplikowania eksperymentu.

Pozwolę sobie najpierw przedstawić ogólny schemat procedury eksperymentalnej, żeby sprecyzować dokładnie czego wymaga się od generatora pojedynczych fotonów.

Schemat jest następujący. Generuje się pojedynczy foton o określonej długości fali, w pewnym krótkim przedziale czasu (typowo od piko- do nanosekundy). Ten foton przechodzi przez układ optyczny i na końcu mierzone jest jego pojawienie się. Następnie odczekuje się chwilę (typowo od nano- do milisekundy), tak aby detektor i cały układ zdążył się zresetować i przygotować na kolejny pomiar. Po czym procedurę powtarza się.

Przy podejściu przez osłabianie światła wykorzystuje się lasery impulsowe. Na drodze impulsu światła laserowego umieszcza się kilka filtrów. Ponieważ proces osłabiania światła jest losowy (każdy foton ma pewne prawdopodobieństwo przejścia przez każdy z filtrów), nie daje to gwarancji otrzymania dokładnie jednego fotonu*. Wprost przeciwnie – np. ~99% impulsów nie generuje żadnego fotonu, 1% impulsów generuje jeden foton i 0.01% impulsów dwa lub więcej fotonów. I im bardziej chce się zapobiec otrzymaniu dwóch fotonów, tym rzadziej otrzymuje się też pojedynczy foton. A zatem ta metoda jest bardzo prosta, ale względnie mało efektywna.

Deterministyczne wygenerowanie fotonu wymaga dodatkowego elementu: tym elementem jest układ w którym można wzbudzić dokładnie jeden elektron. Może to być na przykład pojedynczy atom, pojedynczy defekt w krysztale półprzewodnika, lub kropka kwantowa (mikroskopijny kryształ półprzewodnika w którym można kontrolować co do jednego liczbę elektronów). W przypadku atomu wzbudzeniem elektronu byłoby przeniesienie go na wyższą powłokę atomową.

To ten pojedynczy atom lub defekt wzbudza się krótkim impulsem lasera. Po wzbudzeniu atom emituje foton z powrotem, w przeciągu czasu nazywanego czasem życia wzbudzenia. Można powiedzieć, że atom (lub defekt) zabiera dokładnie jeden foton z silnego impulsu lasera, przechowuje go do czasu kiedy impuls minie, po czym wysyła z powrotem. Niestety kierunek emisji fotonu jest losowy, więc wysłanie fotonu w odpowiednim kierunku wymaga dodatkowych soczewek lub wnęk optycznych

Taka procedura jest zatem istotnie bardziej skomplikowana i nie zawsze opłaca się ją przeprowadzać. Z drugiej strony można wykonywać różne wariacje tej procedury – na przykład wykorzystać odpowiedni defekt z dwoma wzbudzeniami do wygenerowania par kwantowo splątanych fotonów.

* Bardzo precyzyjnie: prawdopodobieństwo otrzymania danej liczby fotonów wyraża się przez rozkład Poissona, z oczekiwaną liczbą fotonów dużo mniejszą od 1. W przykładzie średnia liczba fotonów na impuls to 0.01.