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
Адриан Шиньяр: «Надо привыкать к этапу непредсказуемости» Адриан Шиньяр: «Надо привыкать к этапу непредсказуемости»

Психолог Адриан Шиньяр – о жизни в самоизоляции

Здоровье
«Рождение таблетки. Как четверо энтузиастов переоткрыли секс и совершили  революцию» «Рождение таблетки. Как четверо энтузиастов переоткрыли секс и совершили  революцию»

Кто такая Сэнгер, Пинкус знал, да и почти вся Америка знала

N+1
Что такое комки Биша и стоит ли их удалять? Что такое комки Биша и стоит ли их удалять?

Что такое жировые комки Биша и почему женщины все чаще их удаляют

Cosmopolitan

10 самых экзотичных переложений европейских фильмов в Голливуде

Esquire
Как работает сила воли Как работает сила воли

Важные научные исследования, которые меняют наше представление о силе воли

Esquire
Деревянко, Высоцкая, Виторган и другие — о карантине и приметах времени Деревянко, Высоцкая, Виторган и другие — о карантине и приметах времени

Филиппенко, Деревянко, Виторган и Высоцкая — как они проводят время

РБК
Восточные практики для детей: это возможно? Восточные практики для детей: это возможно?

Можно ли мотивировать ребенка на занятия оздоравливающей восточной практикой?

Psychologies
Пересадка бороды: 6 ответов на главные вопросы Пересадка бороды: 6 ответов на главные вопросы

Рассказываем обо всех тонкостях пересадки бороды

Playboy
Год без Победы. Как пандемия повлияет на память о войне Год без Победы. Как пандемия повлияет на память о войне

Впервые за два десятилетия, Красная площадь в Москве на 9 мая останется пустой

СНОБ
Далеко не первая Далеко не первая

Если ты выбрала «мужчину с прошлым», в браке будет маячить призрак его бывшей

Cosmopolitan
Побеждённая зараза Побеждённая зараза

Натуральная оспа — первая и единственная болезнь, которую удалось ликвидировать

Дилетант
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
Не только Мэрилин Монро: еще шесть шикарных блондинок 1950-х Не только Мэрилин Монро: еще шесть шикарных блондинок 1950-х

Никогда еще ностальгия не была такой волнующей

Maxim
Лана Дель Рей Лана Дель Рей

Правила жизни Ланы Дель Рей

Esquire
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
Определены самые популярные игровые консоли в мире: это не PS4 и Xbox Определены самые популярные игровые консоли в мире: это не PS4 и Xbox

Кто же круче — Sony, Nintendo или Microsoft

Популярная механика
Стойте, полиция! Как женщине путешествовать по Ирану в одиночку Стойте, полиция! Как женщине путешествовать по Ирану в одиночку

Исторические места Древняя Персия, нефтяные месторождения и остров Киш

Forbes
Как ухаживать за стиральной машинкой, чтобы она работала с максимальной отдачей Как ухаживать за стиральной машинкой, чтобы она работала с максимальной отдачей

Каждая стирка — очередное разочарование?

Cosmopolitan
Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены

Можно ли стать миллионером, следуя советам Роберта Кийосаки

Forbes
Липосакция — это раз и навсегда? Самые распространённые мифы об операциях Липосакция — это раз и навсегда? Самые распространённые мифы об операциях

Пластическая хирургия постоянно обрастает огромным количеством слухов и мифов

Cosmopolitan
Городам казалось, будто их опять занимают немцы: история уникального гоночного грузовика Mercedes-Benz Городам казалось, будто их опять занимают немцы: история уникального гоночного грузовика Mercedes-Benz

Не только быстро, но и красиво

Maxim
Эксперименты над людьми и издевательства над животными: документальные фильмы против новой реальности Эксперименты над людьми и издевательства над животными: документальные фильмы против новой реальности

Лучшие документальные сериалы — в обзоре кинокритика проекта «Сноб»

СНОБ
«Посмотрите, кто умер»: потерянное стихотворение Иосифа Бродского на смерть Элвиса Пресли «Посмотрите, кто умер»: потерянное стихотворение Иосифа Бродского на смерть Элвиса Пресли

Что необычного в этой копии стихотворения Иосифа Бродского?

Forbes
Карьера: топ-5 направлений, за которыми будущее Карьера: топ-5 направлений, за которыми будущее

Какие профессии будут востребованы в ближайшей перспективе

Psychologies
Нанодвигатель: как работает мотор, созданный бактериями Нанодвигатель: как работает мотор, созданный бактериями

Как работает клеточный двигатель, изобретенный бактериями

Популярная механика
Чудо-танки в июне сорок первого: фиаско Чудо-танки в июне сорок первого: фиаско

Загадочные и противоречивые советские танки Великой Отечественной войны

Популярная механика
10 необычных психических расстройств 10 необычных психических расстройств

За странностями в поведении может скрываться вполне реальный диагноз

Популярная механика
Ученые разошлись с политиками в прогнозах повышения уровня моря Ученые разошлись с политиками в прогнозах повышения уровня моря

Климатологи считают, что уровень моря повысится на 0,63-1,32 метра к 2100 году

N+1
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
Открыть в приложении