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

Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами

В зависимости от размера динозавры использовали разные стратегии перемещения

N+1
Криптовалюты Telegram не будет — Павел Дуров закрыл проект TON Криптовалюты Telegram не будет — Павел Дуров закрыл проект TON

История TON привлекла много внимания не только со стороны рынка криптовалют

Популярная механика
Жизнь после карантина. Аll-Terrain для коротких поездок Жизнь после карантина. Аll-Terrain для коротких поездок

Кроссоверы и внедорожники довольно часто обитают в городах

4x4 Club
Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете

Все, что каждый обладатель глаз должен знать о ярких красках нашей жизни!

Maxim
У стеклянных лягушек описали новый тип камуфляжа У стеклянных лягушек описали новый тип камуфляжа

У тропических стеклянных лягушек обнаружили совершенно новый тип камуфляжа

N+1
Одна вокруг света на карантине: восьмое чудо света и разрыв шаблонов Одна вокруг света на карантине: восьмое чудо света и разрыв шаблонов

72-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
«Я заперлась в туалете, и тут раздался звук топора» «Я заперлась в туалете, и тут раздался звук топора»

Боитесь подать на развод, потому что уверены — вы не заслуживаете ничего лучше?

Psychologies
Chery Tiggo 8. Обсуждение деталей Chery Tiggo 8. Обсуждение деталей

Одно из свойств памяти – внезапный возврат к какому-нибудь странному событию

4x4 Club
8 фильмов о странных и даже пугающих соседях 8 фильмов о странных и даже пугающих соседях

Порой соседи бывают настоящими монстрами – к счастью, только в кино

GQ
Как развить интуицию: 7 эффективных способов Как развить интуицию: 7 эффективных способов

Как и любая другая способность, наша интуиция поддается тренировке

РБК
Работать уже можно. Отдыхать — пока нет Работать уже можно. Отдыхать — пока нет

Италия возвращается к нормальной жизни

Огонёк
10 фильмов об отношениях, в которых женщина старше 10 фильмов об отношениях, в которых женщина старше

Фильмы, повлиявшие на восприятие союза взрослой женщины с молодым мужчиной

Esquire
На Луне нашли неожиданно много улетучивающегося углерода На Луне нашли неожиданно много улетучивающегося углерода

На Луне обнаружено нечто действительно странное

Популярная механика
«Умная» одежда: 10 предметов из будущего, доступных уже сейчас «Умная» одежда: 10 предметов из будущего, доступных уже сейчас

Технологичные предметы гардероба, которые значительно упрощают жизнь

РБК
Вспомнить все: как стать обладателем суперпамяти Вспомнить все: как стать обладателем суперпамяти

6 способов сохранить отличную память независимо от возраста

Популярная механика
Рама для картины Рама для картины

Интерьер для семьи и... для коллекции предметов искусства

SALON-Interior
Своими руками: 10 эффективных скрабов, которые ты можешь сделать сама Своими руками: 10 эффективных скрабов, которые ты можешь сделать сама

Экологичные, экономичные и эффективные домашние маски

Cosmopolitan
Дыра в ВВП: чем грозит экономике гибель малого бизнеса в России Дыра в ВВП: чем грозит экономике гибель малого бизнеса в России

Уже сейчас можно оценить последствия кризиса для малого бизнеса и экономики

Forbes
Хирургические операции “на удаленке”: возможно ли это? Хирургические операции “на удаленке”: возможно ли это?

Роботические руки позволяют хирургам проводить дистанционные операции

Популярная механика
Размножение и пол: почему мы делимся на мужчин и женщин Размножение и пол: почему мы делимся на мужчин и женщин

Мы редко задумываемся о биологическом смысле пола

Популярная механика
Узор на спине гадюк оказался одновременно камуфляжем и предупреждающим сигналом Узор на спине гадюк оказался одновременно камуфляжем и предупреждающим сигналом

Узор, характерный для обыкновенной гадюки, может выполнять несколько функций

N+1
Надежда Толоконникова: «В России человек любого пола должен уметь постоять за себя» Надежда Толоконникова: «В России человек любого пола должен уметь постоять за себя»

Участница Pussy Riot о новом сингле «Нож» и домашнем насилии

Maxim
Двое в комнате Двое в комнате

Дарья Василькова спроектировала квартиру для друзей-рестораторов

AD
Первый советский хэтчбек — история «Иж-Комби» Первый советский хэтчбек — история «Иж-Комби»

За десять лет до «восьмерки»

Maxim
Игра BioShock с годами становится только актуальнее Игра BioShock с годами становится только актуальнее

Все мы знаем, что такое глубокий экзистенциальный кризис и разочарование в мире

GQ
Превратности патриотизма Превратности патриотизма

Патриотизм ведет к бесчисленным спорам и чреват революциями

Огонёк
Ким Шрёдингера. Почему важна судьба лидера Северной Кореи Ким Шрёдингера. Почему важна судьба лидера Северной Кореи

Кому действительно важна судьба лидера Северной Кореи

Forbes
Чувство прекрасного Чувство прекрасного

Новый проект Анны Сахаровой и Алисы Лобановой

SALON-Interior
«Вулканы — это благородные злодеи» «Вулканы — это благородные злодеи»

Член-корреспондент РАН Иван Кулаков — о вероятности скорого суперизвержения

Огонёк
«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
Открыть в приложении