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
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
Пушки острова Русский: как русская батарея наводила страх на японцев Пушки острова Русский: как русская батарея наводила страх на японцев

Оборона морских портов должна быть жесткой и несгибаемой

Популярная механика
С ароматом тропиков С ароматом тропиков

Кокосовое масло можно назвать средством три в одном

Лиза
Распад нейтрального B-мезона отклонился от прогнозов Стандартной модели Распад нейтрального B-мезона отклонился от прогнозов Стандартной модели

Самый точный анализ измерений распада B-мезона на детекторе LHCb

N+1
Что доводит до Киева. 100 лет советско-польской войне Что доводит до Киева. 100 лет советско-польской войне

Век назад на берегах Днепра завязывался узел, который мы развязываем до сих пор

СНОБ
Предпринимательницы Кремниевой Долины о фильме Дудя, феминизме и женских стартапах Предпринимательницы Кремниевой Долины о фильме Дудя, феминизме и женских стартапах

Дискуссия с предпринимательницами Силиконовой долины

Forbes
Единитная, удивная, разъятная… Единитная, удивная, разъятная…

Кто придумал знаки препинания и зачем они нужны

Наука и жизнь
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
На перепутье: как безболезненно сменить профессию На перепутье: как безболезненно сменить профессию

Переход из одной специальности в другую затрагивает многие аспекты жизни

Psychologies
Сибирь назвали центром происхождения многобугорчатых Сибирь назвали центром происхождения многобугорчатых

Таштыкию новую и тагарию древнюю нашли под Красноярском

N+1
9 абсурдно длинных киносмертей 9 абсурдно длинных киносмертей

В процессе умирания киногерои умудряются совершить больше, чем люди за всю жизнь

Maxim
Вывод АЭС из эксплуатации привел к исчезновению тропических рыб у берегов Японии Вывод АЭС из эксплуатации привел к исчезновению тропических рыб у берегов Японии

Без сброса теплой воды тропические виды заменились умеренными

N+1
Антисептики: найти и обезвредить Антисептики: найти и обезвредить

Мы задали твои (и свои) вопросы проверенному эксперту относительно антисептиков

Cosmopolitan
Кристина Орбакайте: три героя её романа Кристина Орбакайте: три героя её романа

Дочери Примадонны удалось стать успешной артисткой и найти настоящую любовь

Cosmopolitan
Гениальное советское такси, которое не оценили Гениальное советское такси, которое не оценили

История такси ВНИИТЭ-ПТ

Maxim
Сгубила красота: звезды, которым идеальное тело стоило жизни Сгубила красота: звезды, которым идеальное тело стоило жизни

Эти девушки стали жертвами жестких стандартов красоты

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

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

СНОБ
Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко

Сериал «Сквозь снег» — 10-серийный ремейк одноименного триллера Пона Джун Хо

Esquire
Двумерный парамагнетик стал двухслойным ферромагнетиком Двумерный парамагнетик стал двухслойным ферромагнетиком

Новые материалы станут основой для спинтронных устройств

N+1
Бежать по первому писку или оставить проплакаться? Бежать по первому писку или оставить проплакаться?

Во всем работает правило золотой середины, в воспитании детей тоже

Psychologies
Дэвид Линч и «Твин Пикс»: 10 главных заблуждений Дэвид Линч и «Твин Пикс»: 10 главных заблуждений

Мифы, которыми оброс и продолжает обрастать «Твин Пикс»

Esquire
«Запертые в невидимом футляре»: как вернуться к нормальной жизни «Запертые в невидимом футляре»: как вернуться к нормальной жизни

Чему нас может научить эта внезапная пандемия

Psychologies
Как сделать свой мозг стрессоустойчивым: 6 техник, которые работают Как сделать свой мозг стрессоустойчивым: 6 техник, которые работают

Стань хозяином своего душевного равновесия

Playboy
Правила жизни Джорджа Лукаса Правила жизни Джорджа Лукаса

Правила жизни знаменитого режиссера Джорджа Лукаса

Esquire
Флоренс Дженкинс. Её пение называли кудахтаньем, но залы всегда были полны Флоренс Дженкинс. Её пение называли кудахтаньем, но залы всегда были полны

Самая плохая оперная исполнительница всех времен – Флоренс Дженкинс

Cosmopolitan
12 сюрпризов, спрятанных в известных фильмах 12 сюрпризов, спрятанных в известных фильмах

У тебя появился серьезный повод пересмотреть любимые фильмы по 15-му разу!

Maxim
Царь-Фараон Царь-Фараон

История наград Жана-Батиста-Луи барона де Кроссара

Дилетант
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
«Опыт и немного визионерства»: почему венчуру нужно избавляться от стереотипов и больше инвестировать в женщин «Опыт и немного визионерства»: почему венчуру нужно избавляться от стереотипов и больше инвестировать в женщин

Как гендерный дисбаланс мешает развитию инвестиций

Forbes
Открыть в приложении