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

Нейроны самок мышей среагировали на отказ от алкоголя сильнее самцов Нейроны самок мышей среагировали на отказ от алкоголя сильнее самцов

Что может объяснять повышенную уязвимость женщин к абстинентному синдрому?

N+1
Графеновый солнечный парус взлетел при помощи лазера Графеновый солнечный парус взлетел при помощи лазера

Графен может рассматриваться как материал для космических аппаратов

N+1
20 лучших ролей Брэда Питта (в порядке возрастания восторга) 20 лучших ролей Брэда Питта (в порядке возрастания восторга)

Даже неудачные роли Питта язык не поворачивается назвать неудачными

Esquire
Встречайте топ-10 отраслей, в которых заняты наиболее успешные люди Встречайте топ-10 отраслей, в которых заняты наиболее успешные люди

Можешь выбирать любую из этих отраслей — успех тебе почти обеспечен

Playboy
«Абсолютная пустышка»: что российские политики и бизнесмены говорили об Илоне Маске и его проектах «Абсолютная пустышка»: что российские политики и бизнесмены говорили об Илоне Маске и его проектах

Илон Маск готовится запустить людей на орбиту на частном корабле

Forbes
Как изменилась система поиска детей в США: история 6-летнего Итана Патца Как изменилась система поиска детей в США: история 6-летнего Итана Патца

Однажды маленький мальчик ушел из дома и не вернулся

Cosmopolitan
Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм

Как прицельная стимуляция повлияла на способ видеть цвета

N+1
Наталья Крачковская: «У меня был шанс устроить свою личную жизнь, но как-то не получилось...» Наталья Крачковская: «У меня был шанс устроить свою личную жизнь, но как-то не получилось...»

Я одна. Иногда думаю: вот упаду — никто даже и не узнает

Караван историй
Школа на замке: как самоизоляция изменит систему образования Школа на замке: как самоизоляция изменит систему образования

Из-за карантина почти 16 млн школьников внезапно оказались на домашнем обучении

Forbes
Арктика гипотеза «метановой катастрофы» Арктика гипотеза «метановой катастрофы»

В Арктике происходят климатические изменения, влияющие на всю планету

Наука и жизнь
15 самых причудливых космических кораблей в кино 15 самых причудливых космических кораблей в кино

Cамые затейливые космолёты, которые напоминают кофеварку или воспаленные гланды

Maxim
Как развить интуицию: 7 эффективных способов Как развить интуицию: 7 эффективных способов

Как и любая другая способность, наша интуиция поддается тренировке

РБК
Изменяю в уме: личный опыт эмоциональной неверности и ее последствий Изменяю в уме: личный опыт эмоциональной неверности и ее последствий

Многие считают изменой только физическую близость

Cosmopolitan
Что выдает наш голос, когда мы говорим по телефону? Что выдает наш голос, когда мы говорим по телефону?

Наш голос — отличный дешифровальщик наших эмоций и тайных мыслей

Psychologies
11 продуктов, которые едят долгожители 11 продуктов, которые едят долгожители

На продолжительность жизни в первую очередь влияет питание

Cosmopolitan
Может, пора остановиться? Может, пора остановиться?

Иногда стремление доводить дело до конца мешает нам двигаться вперед

Лиза
Дрель и клятва Гиппократа: где и как учились самые перспективные молодые россияне Дрель и клятва Гиппократа: где и как учились самые перспективные молодые россияне

Университетские приключения участников рейтинга Forbes «30 до 30»

Forbes
Как менялся с годами образ Лады Дэнс — эволюция стиля главного секс-символа 90-х Как менялся с годами образ Лады Дэнс — эволюция стиля главного секс-символа 90-х

Как менялась с годами одна из самых ярких исполнительниц 90-х Лада Дэнс

Cosmopolitan
Что делать, если тревога мешает сосредоточиться Что делать, если тревога мешает сосредоточиться

Как вернуться в настоящее, перезагрузиться и настроиться на работу?

Psychologies
Как жить дальше: какие вопросы задают бизнесмены своим психологам в разгар кризиса Как жить дальше: какие вопросы задают бизнесмены своим психологам в разгар кризиса

Как найти в себе силы двигаться и решать насущные вопросы в условиях кризиса

Forbes
Инопланетяне, где вы? Одни ли мы во Вселенной Инопланетяне, где вы? Одни ли мы во Вселенной

Повезло ли кому-нибудь во Вселенной так же, как и нам?

Популярная механика
Рекламные манипуляции: как зарабатывают на инвестициях в часы, сумки и ювелирные изделия Рекламные манипуляции: как зарабатывают на инвестициях в часы, сумки и ювелирные изделия

В 2019 году объем продаж часов, сумок и ювелирных изделий превысил $1 млрд

Forbes
Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи Медицинские мифы и заблуждения, в которые верят даже врачи

К сожалению, некоторые доктора частенько демонстрируют невежество

Популярная механика
Советы бывалого. Мореплаватель Рид Стоу о том, как прожить 1152 дня в полной изоляции и полюбить одиночество Советы бывалого. Мореплаватель Рид Стоу о том, как прожить 1152 дня в полной изоляции и полюбить одиночество

Как мореплаватель Рид Стоу проводил изоляцию в океане и что для него это значило

Forbes
Опасные взгляды: как гендерные стереотипы мешают развивать экономику Опасные взгляды: как гендерные стереотипы мешают развивать экономику

Гендерные стереотипы мешают женщинам участвовать в экономике наравне с мужчинами

Forbes
5 новых книг об искусстве, которые стоит прочитать 5 новых книг об искусстве, которые стоит прочитать

Пять книг, которые помогут вам открыть новые области в мире искусства

Esquire
Не пустышки, а кандидаты наук! Звезды с серьезным образованием – а ты и не знала Не пустышки, а кандидаты наук! Звезды с серьезным образованием – а ты и не знала

Эти знаменитости смогли и престижный ВУЗ окончить, и «Оскар» получить

Cosmopolitan
Брейте наголо. Как живут в секте, где детей разлучают с родителями Брейте наголо. Как живут в секте, где детей разлучают с родителями

Селена Уиттман рассказала о детстве в коммуне «Синанон», куда ее привела мать

Forbes
Они тебя похудеют: рейтинг самых полезных фитнес-блогеров Они тебя похудеют: рейтинг самых полезных фитнес-блогеров

Рейтинг блогеров, чей контент по праву можно назвать полезным

Cosmopolitan
Словарик сериаломана. 15 слов, которые полезно знать каждому фанату сериалов Словарик сериаломана. 15 слов, которые полезно знать каждому фанату сериалов

Мечтают ли шоураннеры о синдикации процедуралов?

Maxim
Открыть в приложении