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

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

Хороший пиар — дороже правды

Maxim
Особы тяжкие Особы тяжкие

Спустя 13 лет крепкой дружбы Брайан Крэнстон и Аарон Пол все еще вместе

Esquire
Бананы, песок и пчёлы: 10 ресурсов на грани исчезновения Бананы, песок и пчёлы: 10 ресурсов на грани исчезновения

Без этих ресурсов наша жизнь станет гораздо труднее

Популярная механика
Как устроен мозг маньяка-убийцы: мы отличаемся от них Как устроен мозг маньяка-убийцы: мы отличаемся от них

Что-то в этих преступниках не так, не по-человечески устроено

Популярная механика
Правила жизни Бориса Акунина Правила жизни Бориса Акунина

Правила жизни писателя и ученого-япониста Бориса Акунина

Esquire
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
Свободный художник Свободный художник

Актриса Дарья Руденок о своем ярком образе в сериале «257 причин, чтобы жить»

OK!
Статус «все сложно»: знакомьтесь, нью-йоркский бренд Vaquera Статус «все сложно»: знакомьтесь, нью-йоркский бренд Vaquera

Эксперты не определились, можно ли считать Vaquera модным брендом

GQ
Беру огонь на себя. Подвиги женщин-медиков во время Великой отечественной войны Беру огонь на себя. Подвиги женщин-медиков во время Великой отечественной войны

О невероятных поступках участвоваших в Великой отечественной войне женщин

Forbes
Как обладание вещами крадет ваше время Как обладание вещами крадет ваше время

Отрывок из книги самого известного японского минималиста Ямио Сасаки

СНОБ
Найден возможный антидот к нескольким змеиным ядам сразу Найден возможный антидот к нескольким змеиным ядам сразу

Врачи давно ищут универсальную “таблетку от укуса змеи”

Популярная механика
Появится ли в России честная ипотека? Появится ли в России честная ипотека?

Обязанность оплаты ипотечной страховки теперь будет лежать на кредиторах

Forbes
10 самых идиотских налогов в истории 10 самых идиотских налогов в истории

По сравнению с этими налогами современные покажутся тебе триумфом логики

Maxim
Ученые уверены: ты не имеешь никакого отношения к решениям, которые принимаешь Ученые уверены: ты не имеешь никакого отношения к решениям, которые принимаешь

Оказывается, человек почти не пользуется логикой и способностью к анализу

Maxim
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
Пузырьки газа помогли материалу для 3D-печати расшириться в 40 раз Пузырьки газа помогли материалу для 3D-печати расшириться в 40 раз

Американские химики разработали новый расширяющийся материал для 3D-печати

N+1
«Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой «Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой

Почему фигурное катание обходится так дорого

Forbes
7 привычек собак и что они означают 7 привычек собак и что они означают

Так вот что собака имела ввиду, сказав «Мяу»

Maxim
Колоссальная неопределенность: от чего зависит курс рубля и что с ним будет к концу года Колоссальная неопределенность: от чего зависит курс рубля и что с ним будет к концу года

От чего зависят валютные курсы, надолго ли доллар останется главной валютой мира

Forbes
Любовь на удаленке Любовь на удаленке

Интернет-общение и онлайн-знакомства уже давно стали для нас частью жизни

Лиза
Как меняется тело из-за пребывания в изоляции Как меняется тело из-за пребывания в изоляции

Чем опасна изоляция и что она способна сделать с вашим телом

Популярная механика
Альбер Камю Альбер Камю

Статья про французского экзистенциалиста (1913–1960)

Дилетант
«Простая человеческая слабость может сделать больше, чем идеальный имидж» «Простая человеческая слабость может сделать больше, чем идеальный имидж»

Почему возможность показать свою уязвимость — путь сильных и успешных людей

Psychologies
Одна вокруг света на карантине: перестрелка, конвой и пакистанская свадьба Одна вокруг света на карантине: перестрелка, конвой и пакистанская свадьба

71-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Павел Дуров пошел на уступки инвесторам в криптовалюту Telegram Павел Дуров пошел на уступки инвесторам в криптовалюту Telegram

Павел Дуров согласился на уступку покупателям криптовалюты Gram

Forbes
Что делать, если на лобовом стекле появился скол. Варианты ремонта Что делать, если на лобовом стекле появился скол. Варианты ремонта

Какие повреждения ветрового стекла можно отремонтировать и как это сделать

РБК
Астрономы зафиксировали возможный быстрый радиовсплеск от магнитара в Млечном Пути Астрономы зафиксировали возможный быстрый радиовсплеск от магнитара в Млечном Пути

Магнитар может стать самым близким к Земле источником быстрых радиовсплесков

N+1
10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев 10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев

Мы жалеем их, любим и презираем ― в общем, эти герои никогда не будут нам чужими

Esquire
Как изменится туризм после пандемии: 8 прогнозов от тревел-экспертов Как изменится туризм после пандемии: 8 прогнозов от тревел-экспертов

Когда-нибудь мы вновь отправимся путешествовать, но немного по-другому

Playboy
Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты Зажиточные кулаки: портреты лучших боксеров планеты

Фотограф Хольгер Кайфель в течение восьми лет снимал лучших боксеров планеты

Esquire
Открыть в приложении