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

Ричард Докинз: Высокомерие религии, скромность науки и интеллектуальное и нравственное бесстрашие атеизма Ричард Докинз: Высокомерие религии, скромность науки и интеллектуальное и нравственное бесстрашие атеизма

Отрывок из дискуссии интеллектуалов о вере, атеизме, религии и многом другом

СНОБ
Тогда и сейчас: как выглядят самые крепкие голливудские пары Тогда и сейчас: как выглядят самые крепкие голливудские пары

Они повстречали друг друга в молодости и с тех пор не расставались

Cosmopolitan
Президент в законе. Петр Порошенко и 19 уголовных дел Президент в законе. Петр Порошенко и 19 уголовных дел

Чем Порошенко заинтересовал правоохранительные органы на этот раз

СНОБ
5 самых захватывающих фантастических детективов 5 самых захватывающих фантастических детективов

Романы для тех, кто любит фантастику и остросюжетные детективные расследования

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
«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
Исследование: 72% россиян считают, что главное предназначение женщины — быть матерью и хозяйкой. 40% уверены, что построить карьеру проще мужчинам Исследование: 72% россиян считают, что главное предназначение женщины — быть матерью и хозяйкой. 40% уверены, что построить карьеру проще мужчинам

Женщины в России зарабатывают на 28% меньше, чем мужчины на той же должности

Esquire
Nissan Ariya. Бесконечный японский футуризм Nissan Ariya. Бесконечный японский футуризм

В концепте Ariya компания Nissan сосредоточила весь набор технологий будущего

4x4 Club
Можно ли «испортить» ребенка? Можно ли «испортить» ребенка?

Стремление «не испортить ребенка» не соответствует родительским задачам

Psychologies
«Маячки», по которым манипуляторы вычисляют жертв «Маячки», по которым манипуляторы вычисляют жертв

Чем опасны личностные проблемы и как не дать манипулятору ими воспользоваться?

Psychologies
Материаловеды сделали электрохимический глаз с сетчаткой из нанонитей перовскита Материаловеды сделали электрохимический глаз с сетчаткой из нанонитей перовскита

Разрешающая способность искусственного глаза выше, чем у человеческого

N+1
19 обывательских вопросов о стендапе: отвечают стендап-паблики «ВКонтакте» 19 обывательских вопросов о стендапе: отвечают стендап-паблики «ВКонтакте»

Что такое стендап? Есть ли в России звезды этого жанра комедии?

Esquire
Таких не берут в психонавты Таких не берут в психонавты

Стинг, Бен Стиллер и принцесса Лея рассказывают, как употребляли галлюциногены

СНОБ
Что такое ментальный фитнес и зачем он нужен: 6 подсказок для новичков Что такое ментальный фитнес и зачем он нужен: 6 подсказок для новичков

Чтобы держать мозг в форме, можно заняться «ментальным фитнесом»

Playboy
«Жди меня, и я вернусь»: трагическая судьба музы легендарного военного поэта «Жди меня, и я вернусь»: трагическая судьба музы легендарного военного поэта

Во время Великой Отечественной эти строки Симонова знала наизусть вся страна

Cosmopolitan
Игры разума: лучшие трюки, которые поставят ваш мозг в тупик Игры разума: лучшие трюки, которые поставят ваш мозг в тупик

Оказывается, сложный человеческий мозг чертовски просто обмануть

Популярная механика
Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны? Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны?

Надоело запоминать пароли к разным ресурсам?

CHIP
4 научно обоснованные причины, почему быть толстым иногда полезно для здоровья 4 научно обоснованные причины, почему быть толстым иногда полезно для здоровья

Люди с лишним весом застрахованы от болезней, которыми страдают худышки

Maxim
«Самые хрупкие в мире плечики»: эксклюзивная публикация писем Эдуарда Лимонова графине Елене Щаповой де Карли «Самые хрупкие в мире плечики»: эксклюзивная публикация писем Эдуарда Лимонова графине Елене Щаповой де Карли

Отрывки из писем Эдуарда Лимонова графине Елены Щаповой де Карли

Forbes
Изучение динамики уровня моря в кайнозое подтвердило роль человека в его современном повышении Изучение динамики уровня моря в кайнозое подтвердило роль человека в его современном повышении

Циклы Миланковича в изменении уровня моря были решающим фактором лишь до XX века

N+1
Опус магнум Опус магнум

Выставка «Иной взгляд: Портрет страны в объективе агентства Magnum»

Vogue
В России впервые синтезировали тонкую пленку из хлорида натрия В России впервые синтезировали тонкую пленку из хлорида натрия

Ученые подтвердили возможность существования тонкой пленки хлорида натрия

Популярная механика
Следовать за мечтой Следовать за мечтой

Наталья и Мурад Османн — не только красивая семейная пара, но и бренд

OK!
Керенский: первая любовь революции Керенский: первая любовь революции

Мог ли изменить ход истории глава Временного правительства в 1917 году

Дилетант
Нехватка насекомых снизила успех размножения городских синиц Нехватка насекомых снизила успех размножения городских синиц

Городские синицы справляются с выведением потомства хуже лесных сородичей

N+1
Не мариновкой единой: 10 полезных применений уксуса в домашних условиях Не мариновкой единой: 10 полезных применений уксуса в домашних условиях

О некоторых способностях уксуса ты даже не подозревал

Playboy
Флора и фауна: 4 занятия, которые помогут наладить контакт с природой Флора и фауна: 4 занятия, которые помогут наладить контакт с природой

Медитативных хобби, связанные с природой, которые помогут уменьшить стресс

Esquire
«В тени человека»: посол мира ООН о том, как изучение обезьян помогло лучше узнать людей «В тени человека»: посол мира ООН о том, как изучение обезьян помогло лучше узнать людей

Отрывок из книги британской исследовательницы Джейн Гудолл

Forbes
8 летних напитков для иммунитета, которые легко приготовить дома 8 летних напитков для иммунитета, которые легко приготовить дома

Напитки, которые будут полезны для укрепления защитных сил организма

РБК
Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней

Если люди посещают больше разнообразных мест, их настроение улучшается

N+1
Открыть в приложении