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
Где рождаются нейтрино: новое исследование Где рождаются нейтрино: новое исследование

Ученым удалось найти связь между космическими нейтрино и вспышками галактик

Популярная механика
15 самых причудливых космических кораблей в кино 15 самых причудливых космических кораблей в кино

Cамые затейливые космолёты, которые напоминают кофеварку или воспаленные гланды

Maxim
Интерьер с харизмой Интерьер с харизмой

Яркий интерьер, главным героем которого стала кухня глубокого синего цвета

SALON-Interior
Кровь стынет в жилах! 7 сериалов для тех, кому понравился «Колл-центр» Кровь стынет в жилах! 7 сериалов для тех, кому понравился «Колл-центр»

Что еще делать на карантине, как не смотреть сериалы

Cosmopolitan
Милый парень или фанатик: как сайентология испортила жизнь Тому Крузу Милый парень или фанатик: как сайентология испортила жизнь Тому Крузу

Том Круз — один из самых высокооплачиваемых и известных актеров Голливуда

Cosmopolitan
Розамунд Пайк. Блондинка с секретом Розамунд Пайк. Блондинка с секретом

Розамунд Пайк к сорока годам получила роли, которых долго ждала

Караван историй
5 важных вопросов о косточке на стопе 5 важных вопросов о косточке на стопе

Можно ли избавиться от «косточки» на стопе раз и навсегда?

Лиза
Пространственный анализ австралийских пожаров указал на недостатки природоохранной политики Пространственный анализ австралийских пожаров указал на недостатки природоохранной политики

Производство древесины ставит под угрозу миллионы гектаров земель на континенте

N+1
Пещерные львы навсегда расстались со своими собратьями полмиллиона лет назад Пещерные львы навсегда расстались со своими собратьями полмиллиона лет назад

Что показало масштабное исследование эволюции современных и вымерших львов

N+1
Астрофизикам удалось связать нейтрино сверхвысоких энергий со вспышками квазаров Астрофизикам удалось связать нейтрино сверхвысоких энергий со вспышками квазаров

Проведен анализ светимости ядер активных галактик в радиодиапазоне

N+1
Елена Ржевская: Записки военного переводчика Елена Ржевская: Записки военного переводчика

Отрывок из книги «Берлин, май 1945: Записки военного переводчика»

СНОБ
О «Русском Prado», конкуренции с китайцами и закате эры автомобилей О «Русском Prado», конкуренции с китайцами и закате эры автомобилей

Интервью с руководителем «Соллерс Инжиниринг» Юрием Алексаковым

4x4 Club
Валерий Борзов – Усейн Болт из Советского Союза Валерий Борзов – Усейн Болт из Советского Союза

Его называют последним чистым спринтером в истории

GQ
Бритни – в 14, Лима – в 27: во сколько лет лишились невинности звезды и с кем Бритни – в 14, Лима – в 27: во сколько лет лишились невинности звезды и с кем

Эти звезды описали, во сколько лет и с кем они лишились девственности

Cosmopolitan
Карен Уайт: Ночь, когда огни погасли Карен Уайт: Ночь, когда огни погасли

Отрывок из романа Карен Уайт «Ночь, когда огни погасли»

СНОБ
Как включить самообладание: правило 90 секунд Как включить самообладание: правило 90 секунд

Можем ли мы выбирать, как реагировать на раздражающие обстоятельства?

Psychologies
Без каких органов можно жить: удивительный список Без каких органов можно жить: удивительный список

Люди могут обойтись даже без некоторых непарных внутренних органов

Популярная механика
«Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд «Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд

Звезды, которые нашли в себе силы выйти из абьюзивных отношений

Cosmopolitan
Мухаммед Али против Джорджа Формана: как прошел величайший поединок в истории бокса Мухаммед Али против Джорджа Формана: как прошел величайший поединок в истории бокса

Отрывок из книги Нормана Мейлера "Грохот в джунглях"

Esquire
Правила жизни Иосифа Бродского Правила жизни Иосифа Бродского

Поэт, лауреат Нобелевской премии, умер 28 января 1996 года в Нью-Йорке

Esquire
7 физических симптомов тревожности 7 физических симптомов тревожности

Между тревожностью и телесными недомоганиями существует прямая связь

Psychologies
«Мы сняли поезд с рельсов и отправили его в тупик»: о чем Баффет рассказал акционерам «Мы сняли поезд с рельсов и отправили его в тупик»: о чем Баффет рассказал акционерам

Инвестор Уоррен Баффет впервые провел онлайн собрание акционеров

Forbes
Правила жизни Андрея Тарковского Правила жизни Андрея Тарковского

Правила жизни советского режиссера и сценариста Андрея Тарковского

Esquire
Как создавалась империя Alibaba Как создавалась империя Alibaba

Вспоминаем, как Джек Ма создавал ретейл-гиганта Alibaba Group

GQ
Квантовое расширение черной дыры Крускала оказалось асимптотически корректным Квантовое расширение черной дыры Крускала оказалось асимптотически корректным

Квантовая теория является асимптотически корректной

N+1
Пленка или стекло на экран: есть ли разница и что лучше купить Пленка или стекло на экран: есть ли разница и что лучше купить

Поцарапали или разбили дисплей смартфона и хотите впредь этого избежать?

CHIP
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
Начать кризис с запасом в $1,7 млрд, но почти разориться через месяц: почему бренд Gap может не пережить пандемию Начать кризис с запасом в $1,7 млрд, но почти разориться через месяц: почему бренд Gap может не пережить пандемию

Магазины простаивают, в онлайне тоже не покупают, компания не платит за аренду

VC.RU
Удобная статья: как расправляются с неугодными журналистами и блогерами Удобная статья: как расправляются с неугодными журналистами и блогерами

Обвинения в вымогательстве — все более популярный способ преследования

Forbes
Открыть в приложении