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

Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами

В зависимости от размера динозавры использовали разные стратегии перемещения

N+1
Как избавиться от следов тонального крема на воротнике Как избавиться от следов тонального крема на воротнике

Парни имеют не меньше прав на макияж, чем девушки

GQ
Инъекция стволовых клеток в мозг затормозила болезнь Паркинсона Инъекция стволовых клеток в мозг затормозила болезнь Паркинсона

Технология клеточного репрограммирования может помочь при болезни Паркинсона

N+1
Как наночастицы золота помогают победить рак Как наночастицы золота помогают победить рак

Наночастицы, которые могут применяться для диагностики и терапии онкозаболеваний

Популярная механика
Сколько людей какие животные убивают за год (анимированная статистика) Сколько людей какие животные убивают за год (анимированная статистика)

Какие животные самые смертоносные для человека?

Maxim
Главные сериалы лета — о женщинах, которые ловят маньяков, раскрывают заговоры и убивают неверных мужей Главные сериалы лета — о женщинах, которые ловят маньяков, раскрывают заговоры и убивают неверных мужей

Этим летом выйдут сразу несколько сериалов о сильных и ярких женщинах

Forbes
«Падшие ангелы», монеты и евробонды: во что во время пандемии вкладывают деньги миллионеры «Падшие ангелы», монеты и евробонды: во что во время пандемии вкладывают деньги миллионеры

Состоятельные клиенты не долго находились в состоянии шока от падения рынков

Forbes
Рецепт счастья по-фински Рецепт счастья по-фински

В чем секрет финнов и какие факторы повышают удовлетворенность жизнью?

Psychologies
Единство смартфона и содержания Единство смартфона и содержания

Что такое скринлайф и есть ли у него будущее

Огонёк
Правила жизни Бьорк Гудмундсдоттир Правила жизни Бьорк Гудмундсдоттир

Правила жизни исландской певицы Бьорк

Esquire
Пусть цветут все цветы Пусть цветут все цветы

Зачем мать пятерых детей стала президентом Специальной Олимпиады России

Tatler
Пять минут — не опоздание. Почему русские и иностранцы по-разному планируют свое время Пять минут — не опоздание. Почему русские и иностранцы по-разному планируют свое время

Как составлять расписание и распределять время в общении с зарубежными коллегами

Forbes
Радиация внутри нас: почему мы ежедневно облучаемся Радиация внутри нас: почему мы ежедневно облучаемся

Как сильно мы облучаемся каждый день и насколько опасно это для нашего здоровья?

Популярная механика
Спокойствие, только спокойствие: управляем своим состоянием с помощью дыхания Спокойствие, только спокойствие: управляем своим состоянием с помощью дыхания

Сохранение спокойствия очень важно для психического и физического благополучия

Cosmopolitan
Под газом: как газотурбинные двигатели покоряли автопром Под газом: как газотурбинные двигатели покоряли автопром

Что пошло не так у этого по всем статьям крутого движка?

Популярная механика
25 лучших фильмов о Второй мировой войне 25 лучших фильмов о Второй мировой войне

Обязательный список фильмов о Второй мировой войне

Maxim
Как часто нужно созваниваться со взрослыми детьми? Как часто нужно созваниваться со взрослыми детьми?

Как часто и в какой форме лучше поддерживать контакт с взрослыми детьми

Psychologies
Тяжелее, когда легче: неочевидные последствия похудения Тяжелее, когда легче: неочевидные последствия похудения

Какие трудности могут возникнуть после достижения желанного результата

Psychologies
На ближайшем к Земле коричневом карлике нашли облачные слои На ближайшем к Земле коричневом карлике нашли облачные слои

На коричневом карлике Luhman 16A существуют облачные слои, схожие с юпитерскими

N+1
На чем будем экономить? Вопрос дня На чем будем экономить? Вопрос дня

Можно ли сэкономить на алкоголе и одежде?

СНОБ
Боеголовка: что внутри и как она работает после отделения от ракеты Боеголовка: что внутри и как она работает после отделения от ракеты

Как боеголовки достигают цели

Популярная механика
Помнить все. Что такое эмоциональные труд Помнить все. Что такое эмоциональные труд

Почему-то эмоциональное обслуживание в семьях всегда ложится на плечи женщин

СНОБ
Гетероструктурные меньшинства Гетероструктурные меньшинства

Графен препятствует инженерам, но не запрещает одежде быть высокотехнологичной

N+1
Бросил в самый трудный час: Марк Бернес и его Паола Бросил в самый трудный час: Марк Бернес и его Паола

Марк Бернес любил свою жену, но отвернулся от нее в самый тяжелый период

Cosmopolitan
Разумную жизнь на двойниках Земли назвали редкостью Разумную жизнь на двойниках Земли назвали редкостью

На планетах, похожих на Землю, могут встречаться примитивные организмы

N+1
Пора освободить шкаф: как правильно убрать на хранение зимние вещи Пора освободить шкаф: как правильно убрать на хранение зимние вещи

Краткая памятка по правильной ревизии гардероба на предмет сезонной одежды

Esquire
Фриланс: что это такое простыми словами и кто может им заниматься Фриланс: что это такое простыми словами и кто может им заниматься

Готов к смене карьеры?

Playboy
Как порно влияет на мозг Как порно влияет на мозг

О чем думает убийца и отличается ли его мозг от мозга нормального человека

СНОБ
Зачем «Яндексу» мессенджер: глава сервиса рассказал о конкуренции, удержании аудитории, монетизации и будущем Зачем «Яндексу» мессенджер: глава сервиса рассказал о конкуренции, удержании аудитории, монетизации и будущем

Интервью с руководителем «Яндекс.Мессенджера» Виктором Тарнавским

VC.RU
Что такое интроекции и чем вредны чужие убеждения Что такое интроекции и чем вредны чужие убеждения

Почему интроекции вредят нашему благополучию и как научиться ими управлять

РБК
Открыть в приложении