Физики разработали концепцию однофотонного детектора

N+1Наука

Квантовый метаматериал сможет измерить микроволновой фотон без разрушения

Алексей Дмитриев

Arne L. Grimsmo et al. / arXiv:2005.06483

Связь между встроенным в волновод нелинейным метаматериалом и распределенной резонансной модой может обеспечить безусловное детектирование фотонов с ошибкой менее процента. Новую концепцию широкополосного однофотонного детектора в микроволновом диапазоне физики описали в препринте на arXiv.org.

Однофотонные детекторы — одна из ключевых технологий экспериментальной квантовой оптики. Детектирование фотонов в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне частот — вполне устоявшаяся и рутинная технология: приборы производятся многими научными группами и коммерческими компаниями и вполне доступны для приобретения. Как правило, их принцип действия состоит в поглощении фотона чувствительной полупроводниковой матрицей или сверхпроводящей нанопроволокой. Возникающий при этом импульс тока регистрируется электронными приборами, что дает информацию о наличии фотона.

Однако, гораздо сложнее дело обстоит с фотонами СВЧ (или микроволнового) диапазона, с частотами примерно от 5 до 20 ГГц. Интерес к обнаружению таких фотонов возникает при изучении квантовых систем, работающих на СВЧ: сверхпроводящих цепей, квантовых точек и спиновых ансамблей. Как известно, энергия единичного фотона пропорциональна частоте электромагнитной волны. Для микроволн частота на 4-5 порядков меньше, чем для ИК и видимого диапазона. Поэтому регистрация отклика на СВЧ фотоны представляет крайне нетривиальную задачу.

Реализация квантового неразрушающего измерения (КНИ) фотона открывает большие перспективы для квантовой электроники и квантовых коммуникаций. В квантовой механике, термин КНИ обозначает сильное проекционное измерение, которое оставляет систему в измеренном состоянии. При этом поглощение фотона, которое происходит в традиционных детекторах, не является КНИ — если фотон прекратил свое существование, то бессмысленно говорить о состоянии света после измерения.

Однако, можно представить себе систему, которая может среагировать на пролетающий мимо фотон, при этом не уничтожая его, но лишь немного изменяя его параметры. В таком случае мы обладаем информацией о наличии фотона, и при этом он продолжает свое движение по волноводу и может переносить информацию или взаимодействовать с квантовой системой. Это крайне полезно для реализации квантовых коммуникаций и запутывания удаленных квантовых систем. Но даже в видимом диапазоне физики долгое время не могли показать КНИ. Лишь несколько лет назад появились первые сообщения об успешном КНИ фотонов, отраженных от оптических резонаторов. Подробнее о КНИ фотонов видимого и ИК света можно прочитать здесь.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Моделирование помогло рассчитать угол падения «динозаврового» астероида Моделирование помогло рассчитать угол падения «динозаврового» астероида

Падение астероида могло стать причиной существенного изменения климата

N+1
В Болгарии нашли останки древнейших в Европе людей В Болгарии нашли останки древнейших в Европе людей

Исследование может пролить свет на то, что же случилось с неандертальцами

National Geographic
Марк Гоулстон: «Чтобы выйти из конфликта с “мудаком”, нужно ему поддаться» Марк Гоулстон: «Чтобы выйти из конфликта с “мудаком”, нужно ему поддаться»

Известный психиатр и бизнес-коуч — о главных правилах общения

Reminder
Древнее мексиканское озеро стало ловушкой для 60 мамонтов Древнее мексиканское озеро стало ловушкой для 60 мамонтов

Эти мамонты попались в грязевые ловушки и погибли

N+1
«Изнурительное богатство русской литературы» «Изнурительное богатство русской литературы»

Разговор о забытых гениях, глубинной религиозности и ненависти к современности

Полка
Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста

Кто же такой этот Дональд Гловер?

Esquire
Материаловеды сделали электрохимический глаз с сетчаткой из нанонитей перовскита Материаловеды сделали электрохимический глаз с сетчаткой из нанонитей перовскита

Разрешающая способность искусственного глаза выше, чем у человеческого

N+1
Как фриланс влияет на здоровье: исследования, проблемы и решения Как фриланс влияет на здоровье: исследования, проблемы и решения

Фриланс многим представлялся как работа мечты, но у этого формата есть нюансы

РБК
Зонирование, новые парки и гибкие здания. Женщины-урбанисты о том, что ждет города после пандемии Зонирование, новые парки и гибкие здания. Женщины-урбанисты о том, что ждет города после пандемии

Каким станет город после того, как мы выйдем из карантина

Forbes
Исполнение желаний. К юбилею Музея AZ Исполнение желаний. К юбилею Музея AZ

Главный редактор журнала «Сноб» Сергей Николаевич размышляет о феномене Музея AZ

СНОБ
Михаил Агранович. Милые, дорогие, любимые Михаил Агранович. Милые, дорогие, любимые

После съемок мы с Лидой не расставались

Караван историй
«Домашним говорим, что едем за деньгами. На самом деле просто хотим сбежать». Репортаж из Антарктиды «Домашним говорим, что едем за деньгами. На самом деле просто хотим сбежать». Репортаж из Антарктиды

Команда скалолазов и представить не могла, что природа будет такой суровой

National Geographic
«Катюша»: оружие победителей «Катюша»: оружие победителей

Реактивные системы залпового огня БМ-8 и БМ-13 — символ победы СССР

Популярная механика
Ирина Основина: «Не терплю, когда называют артисткой» Ирина Основина: «Не терплю, когда называют артисткой»

Узнавать на улицах ее стали после выхода на экраны фильма Александра Рогожкина

Караван историй
Как хорошо выглядеть во время видеоконференций: 5 простых советов Как хорошо выглядеть во время видеоконференций: 5 простых советов

Совещания в Zoom новой реальностью. Как им соответствовать внешне?

Esquire
9 необычных цитрусов 9 необычных цитрусов

У цитрусов есть множество разновидностей и гибридов

National Geographic
В архивах обнаружили редкую видеосъемку вымершего тасманийского волка — тилацина В архивах обнаружили редкую видеосъемку вымершего тасманийского волка — тилацина

Снимки, на которых запечатлен последний известный тилацин Бенджамин

National Geographic
Мужской гиппокамп отличился от женского объемом отдельных структур Мужской гиппокамп отличился от женского объемом отдельных структур

Гиппокамп обладает зависимыми от пола различиями

N+1
Опухоль молочной железы стала рекордсменом по бактериальному разнообразию Опухоль молочной железы стала рекордсменом по бактериальному разнообразию

Микробиологи сравнили набор внутриопухолевых бактерий в тысяче образцов ткани

N+1
Всемирный опыт замедления: каким будет искусство в мире, который принудительно поставили на паузу Всемирный опыт замедления: каким будет искусство в мире, который принудительно поставили на паузу

Эссе о том, с какими новыми формами могут начать работать художники

Esquire
Почему «Фаустпатрон» так и не стал супероружием Почему «Фаустпатрон» так и не стал супероружием

Хороший пиар — дороже правды

Maxim
Кажется, я его не люблю... Кажется, я его не люблю...

Надо ли осуждать тех матерей, чьи чувства к детям «молчат»?

Лиза
Гены устойчивости к жукам-вредителям помогут спасти ясень в Европе и Северной Америке Гены устойчивости к жукам-вредителям помогут спасти ясень в Европе и Северной Америке

Эти 53 гена позволяют азиатским ясеням бороться с изумрудной златкой

N+1
Вирус герпеса вызвал симптомы болезни Альцгеймера у трехмерной модели мозга Вирус герпеса вызвал симптомы болезни Альцгеймера у трехмерной модели мозга

Инфицированные клетки гибнут, сливаются друг с другом и вызывают воспаление

N+1
Топ-5 пар летней обуви, которая никогда не выйдет из моды Топ-5 пар летней обуви, которая никогда не выйдет из моды

Выглядеть стильно можно независимо от постоянно меняющихся трендов

Cosmopolitan
Самые позорные роли знаменитых актеров (согласно их же признаниям) Самые позорные роли знаменитых актеров (согласно их же признаниям)

Роли, которые звезды не могут простить себе и содрогаются при их упоминании

Maxim
Добрый день Добрый день

Способов творить добро много – всегда можно выбрать тот, что тебе подходит

Cosmopolitan
Как выглядит электромагнитное излучение: от радио до гамма-лучей Как выглядит электромагнитное излучение: от радио до гамма-лучей

Что изменилось бы в восприятии мира вокруг нас, если бы наши глаза видели фотоны

Популярная механика
«Жди меня, и я вернусь»: трагическая судьба музы легендарного военного поэта «Жди меня, и я вернусь»: трагическая судьба музы легендарного военного поэта

Во время Великой Отечественной эти строки Симонова знала наизусть вся страна

Cosmopolitan
Без наркотиков и гипноза: на какие галлюцинации способен наш мозг Без наркотиков и гипноза: на какие галлюцинации способен наш мозг

Наш мозг способен чудить без химического или какого-либо другого воздействия

Популярная механика
Открыть в приложении