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
Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии Победа телевидения над онлайном: как бизнес стимулирует продажи во время эпидемии

Что происходит с рекламным рынком во время каратина и экономического спада?

Forbes
Микрочип: схема, изменившая мир Микрочип: схема, изменившая мир

Изобретения, которые значительно увеличили скорость технологического прогресса

Популярная механика
Рождение таблетки. Как четверо энтузиаcтов совершили революцию в контрацепции Рождение таблетки. Как четверо энтузиаcтов совершили революцию в контрацепции

Отрывок из книги «Рождение таблетки» о невероятном социальном прорыве XX века

Forbes
«Я обалдел от масштаба «трагедии»»: стилист Киркорова пришел в шок от его одежды «Я обалдел от масштаба «трагедии»»: стилист Киркорова пришел в шок от его одежды

Стилист Филиппа Киркорова рассказал о первом рабочем дне у артиста

Cosmopolitan
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
Фамильная ценность Фамильная ценность

Юная модель Стейнберг в самоизоляции времени даром не теряет

Vogue
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
Для вечеринок и секса: как креативная студия из Калифорнии создала защитный костюм для жизни после карантина Для вечеринок и секса: как креативная студия из Калифорнии создала защитный костюм для жизни после карантина

Micrashell — высокотехнологичный защитный костюм будущего

Forbes
Гены устойчивости к жукам-вредителям помогут спасти ясень в Европе и Северной Америке Гены устойчивости к жукам-вредителям помогут спасти ясень в Европе и Северной Америке

Эти 53 гена позволяют азиатским ясеням бороться с изумрудной златкой

N+1
Как выпускница Физтеха за два года создала компанию с оценкой в $10 млн Как выпускница Физтеха за два года создала компанию с оценкой в $10 млн

Валерия Коган за 2 года сумела заинтересовать технологией крупные агрокомпании

Forbes
Лучшие друзья девушек и инвестбанкиров: стоит ли вкладывать деньги в предметы роскоши в кризис Лучшие друзья девушек и инвестбанкиров: стоит ли вкладывать деньги в предметы роскоши в кризис

Стоит ли прямо сейчас вкладываться в драгоценности или винтажные часы?

Forbes
В городской тиши В городской тиши

Как можно улучшить город, пока он на карантине

Forbes
Без контакта Без контакта

Что нужно знать о бесконтактной доставке?

Лиза
Кто такой Виктор Столбун и как ему удалось основать влиятельную секту, в которой состоял Эдуард Успенский (и где практиковали насилие и лженауку) Кто такой Виктор Столбун и как ему удалось основать влиятельную секту, в которой состоял Эдуард Успенский (и где практиковали насилие и лженауку)

Чем занимается секта Столбуна, и почему она до сих пор существует

Esquire
Тосканский ордер Тосканский ордер

Архитектура виллы в Тоскане подсказала, каким должно быть внутреннее убранство

AD
«Я не боюсь трудностей» «Я не боюсь трудностей»

Марго Овсянникова — модель и блогер с полумиллионом подписчиков

OK!
Знают свое место Знают свое место

Как сделать ванную комнату и функциональной, и красивой

Grazia
Как советские автомобили рекламировали за рубежом Как советские автомобили рекламировали за рубежом

Немного выдумки, щепотка трэша

Maxim
Как Джош Транк и Том Харди переосмыслили биографию Аль Капоне: интервью с режиссером фильма Как Джош Транк и Том Харди переосмыслили биографию Аль Капоне: интервью с режиссером фильма

Джош Транк — о том, как он переосмыслил биографию известного гангстера США

Esquire
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
Найдена одна из древнейших галактик во Вселенной Найдена одна из древнейших галактик во Вселенной

Галактика, которая помнит Вселенную еще совсем юной

Популярная механика
Четыре комнаты Четыре комнаты

Анна Толстова об опытах радикальной самоизоляции в искусстве

Weekend
«Они всегда хотели съесть «Ведомости»: кто, как и зачем поставил ловушку для ведущей деловой газеты страны «Они всегда хотели съесть «Ведомости»: кто, как и зачем поставил ловушку для ведущей деловой газеты страны

Кто, когда и на какие деньги купил газету «Ведомости»

Forbes
Унесенные Миядзаки. Как прославленный японец показал нам мир глазами ребенка Унесенные Миядзаки. Как прославленный японец показал нам мир глазами ребенка

Отрывок из книги «Студия Ghibli: творчество Хаяо Миядзаки и Исао Такахаты»

Forbes
Судьба минимализма: Jil Sander SS 07, Celine SS 10, Hermes FW 15 Судьба минимализма: Jil Sander SS 07, Celine SS 10, Hermes FW 15

Новая версия минимализма от Рафа Симонса создала образ современной женщины

Weekend
«Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума? «Убийство священного оленя» и Йоргос Лантимос: почему от них все без ума?

Чем же так хорош нахальный режиссер Йоргос Лантимос и откуда он взялся

Esquire
Разрушительная скупость. Как подготовка к затяжному кризису делает этот кризис затяжным Разрушительная скупость. Как подготовка к затяжному кризису делает этот кризис затяжным

Драматическое сокращение спроса в экономике

СНОБ
Борись, Борис Борись, Борис

Издатель Борис Пиотровский адаптирует себя под новый дивный мир

Собака.ru
8 книг, которые можно прочитать за вечер 8 книг, которые можно прочитать за вечер

Короткие книги, с которыми можно расправиться за несколько часов

РБК
Открыть в приложении