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

Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы

С какой стати фильм «Государственные похороны» стал одним из хитов интернета

СНОБ
Алкогений: Уинстон Черчилль Алкогений: Уинстон Черчилль

Жизнь Черчилля — редкий пример счастливого и мирного алкоголизма

Maxim
Как развить интуицию: 7 эффективных способов Как развить интуицию: 7 эффективных способов

Как и любая другая способность, наша интуиция поддается тренировке

РБК
#инструктаж: как покупать в интернет-магазинах и не ошибаться #инструктаж: как покупать в интернет-магазинах и не ошибаться

Разбираемся, как безопасно использовать онлайн-магазины

РБК
Без контакта Без контакта

Что нужно знать о бесконтактной доставке?

Лиза
Внимание, воздух! Внимание, воздух!

Можно ли улучшить состояние кожи и избавиться от лишнего веса с помощью дыхания

Tatler
Карантин как повод для бунта Карантин как повод для бунта

В Российской империи попытки борьбы с эпидемиями могли быть для власти опасными

Дилетант
В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество

Инженеры разработали карбоновый бетон, способный проводить электричество

Популярная механика
А что я сделала, чтобы помочь? Регина Тодоренко выпустила фильм о проблеме домашнего насилия А что я сделала, чтобы помочь? Регина Тодоренко выпустила фильм о проблеме домашнего насилия

Фильм, посвященный проблеме абьюза в России — «А что я сделала, чтобы помочь?»

Forbes
Алексей Воробьев: «Знаю, что буду когда-нибудь счастлив как муж и отец» Алексей Воробьев: «Знаю, что буду когда-нибудь счастлив как муж и отец»

Алексей Воробьев о превратностях судьбы, жизни на две страны и одиночестве

Cosmopolitan
Почему они не говорили о войне Почему они не говорили о войне

Те, кто прошел Великую Отечественную войну, мало говорили о ней. Почему?

Psychologies
«Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума? «Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума?

Чем же так хорош нахальный режиссер Йоргос Лантимос и откуда он взялся

Esquire
Глазами иностранца: чем руководствуются русские при принятии решений Глазами иностранца: чем руководствуются русские при принятии решений

Чем руководствуются иностранцы и русские при принятии решений

Forbes
Милые голосовые помощники и слежка за гражданами: чем занимается китайский разработчик iFlytek с капитализацией $10 млрд Милые голосовые помощники и слежка за гражданами: чем занимается китайский разработчик iFlytek с капитализацией $10 млрд

История iFlytek: от автоматизации колл-центров до правительственных контрактов

VC.RU
Пара нормальных Пара нормальных

Татьяна Алешичева об экранизации романа Салли Руни

Weekend
7 привычек собак и что они означают 7 привычек собак и что они означают

Так вот что собака имела ввиду, сказав «Мяу»

Maxim
Спокойной ночи, платежи: истории россиян, которые нашли необычные способы избавиться от кредита Спокойной ночи, платежи: истории россиян, которые нашли необычные способы избавиться от кредита

Непогашенные кредиты имеют почти 40 миллионов россиян

Esquire
Как выглядит математика: реальные воплощения абстрактных формул Как выглядит математика: реальные воплощения абстрактных формул

Художник, который превращает математические концепции в физические объекты

Популярная механика
Как правильно смотреть телевизор: советы экспертов Как правильно смотреть телевизор: советы экспертов

Мы разобрались, как правильно смотреть телевизор

CHIP
Диктор зло: как пропаганда на радио помогла осуществить геноцид в Руанде Диктор зло: как пропаганда на радио помогла осуществить геноцид в Руанде

Как пропаганда помогла убить за 100 дней от 500 тысяч до 1 миллиона человек

Esquire
200 лет на месте 200 лет на месте

Василий Степанов о «Грозе» Григория Константинопольского

Weekend
Сериал «Светила»: Ева Грин, астрология и золотая лихорадка Сериал «Светила»: Ева Грин, астрология и золотая лихорадка

На «Амедиатеке» вышел сериал, в котором без 100 грамм не разберешься точно

GQ
«Это возможно, просто очень дорого»: как ММА вернется на ТВ раньше других видов спорта «Это возможно, просто очень дорого»: как ММА вернется на ТВ раньше других видов спорта

Главный ММА-промоушен намерен провести три турнира за неделю

Forbes
Манна небесная: российские дроны доставки еды Манна небесная: российские дроны доставки еды

Жители Ижевска могут заказывать еду, которая доставляется дронами

Популярная механика
Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней

Если люди посещают больше разнообразных мест, их настроение улучшается

N+1
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
Дьявол в деталях: как оформляют модные магазины Дьявол в деталях: как оформляют модные магазины

Как модные бренды декорируют свои пространства?

GQ
Революция уже в пути. Или нет, возможно Революция уже в пути. Или нет, возможно

Отношение к покупкам в интернете останется непредсказуемым

VC.RU
6 правил воспитания «трудных» подростков 6 правил воспитания «трудных» подростков

Как общаться с подростками, чтобы заглянуть им в душу и не потерять их уважение?

Psychologies
Инструмент для анализа поведения пользователей: как развивался Giphy и что Facebook получит с покупкой сервиса Инструмент для анализа поведения пользователей: как развивался Giphy и что Facebook получит с покупкой сервиса

Facebook получит сведения о работе Viber и других приложений, использующих Giphy

VC.RU
Открыть в приложении