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
Николай Каретников: Темы с вариациями Николай Каретников: Темы с вариациями

Фрагмент книги Николая Каретникова

СНОБ
Как победить сахарную зависимость? Как победить сахарную зависимость?

Как распознать зависимость от сахара, и можно ли ее победить?

Здоровье
9 самых злых роботов кинематографа 9 самых злых роботов кинематографа

Роботы в кино — это настоящее воплощение зла

Популярная механика
«Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа «Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа

Владелец сети детских клубов: как отказаться от корпорации ради своего дела

Forbes
Замена салонам красоты: партнер однокурсника Медведева стал совладельцем производителей патчей Замена салонам красоты: партнер однокурсника Медведева стал совладельцем производителей патчей

Филипп Полянский стал владельцем бренда, который производит патчи с микроиглами

Forbes
Биокомпозит увеличил срок годности фруктов на неделю Биокомпозит увеличил срок годности фруктов на неделю

По статистике ВОЗ за 2018 год более 800 миллионов человек

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
Орангутаны заразили недругов желанием почесаться Орангутаны заразили недругов желанием почесаться

А вот зевание среди орангутанов оказалось незаразным

N+1
Арсений Федоткин: Миллионеры в эпоху пандемии. Какие специалисты сегодня остро востребованы на рынке труда Арсений Федоткин: Миллионеры в эпоху пандемии. Какие специалисты сегодня остро востребованы на рынке труда

У кого растут зарплаты и на каких специалистов будет спрос после карантина

СНОБ
Эоценовые анчоусы оказались крупными саблезубыми хищниками Эоценовые анчоусы оказались крупными саблезубыми хищниками

Предками современных анчоусов могли быть рыбоядные хищники

N+1
10 малоизвестных аварий на АЭС и утечек радиации 10 малоизвестных аварий на АЭС и утечек радиации

Аварии на АЭС, которые организации попытались скрыть

Популярная механика
Долой застой! Долой застой!

Временные отеки и «мешки» под глазами бывают у всех – от избытка соли или воды

Лиза
Питер Тиль — о том, почему высшее образование переоценено Питер Тиль — о том, почему высшее образование переоценено

Основатель PayPal советует работодателям нанимать людей без высшего образования

Esquire
Генетики обнаружили полиморфизм тоновости языка Генетики обнаружили полиморфизм тоновости языка

С помощью этого гена можно определить, относится ли язык человека к тоновым

N+1
Квантовый процессор просимулировал изомеризацию и вычислил энергии водородных цепочек Квантовый процессор просимулировал изомеризацию и вычислил энергии водородных цепочек

Алгоритм помог вычислить энергию основных состояний водородных цепочек

N+1
Новое дело Новое дело

Осваивай востребованные профессии, не выходя из дома

Лиза
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
Как принять свои страх и злость: шпаргалка для родителей Как принять свои страх и злость: шпаргалка для родителей

Как научиться принимать свои чувства и сопереживать себе

Psychologies
Игра на плоскости Игра на плоскости

Интерьер московской квартиры по дизайну Максима Новинькова

SALON-Interior
Сценарии возвратившегося времени Сценарии возвратившегося времени

Максим Семеляк о фильмах Нусинова и Лунгина как зеркале сегодняшней жизни

Weekend
Пылинка могла сделать MacBook бесполезным: зачем Apple создала клавиатуру-«бабочку» и почему отказалась от неё Пылинка могла сделать MacBook бесполезным: зачем Apple создала клавиатуру-«бабочку» и почему отказалась от неё

«Бабочка» запомнится одним из серьёзных провалов Apple последних лет

VC.RU
Под газом: как газотурбинные двигатели покоряли автопром Под газом: как газотурбинные двигатели покоряли автопром

Что пошло не так у этого по всем статьям крутого движка?

Популярная механика
«Возможно, все, кто оглядывался на нас, были русскими»: британцы протестировали «Ниву» и пришли в восторг «Возможно, все, кто оглядывался на нас, были русскими»: британцы протестировали «Ниву» и пришли в восторг

Русский джип в прицеле британского юмора.

Maxim
Ищет, где глубже Ищет, где глубже

Cosmo-эксперимент: наш корреспондент отправляется на секс-тренинг

Cosmopolitan
Удобная статья: как расправляются с неугодными журналистами и блогерами Удобная статья: как расправляются с неугодными журналистами и блогерами

Обвинения в вымогательстве — все более популярный способ преследования

Forbes
Музыка древних: что слушали в Шумере и Древней Греции Музыка древних: что слушали в Шумере и Древней Греции

В европейской культуре есть три письменных источника

Популярная механика
Как изучают климат: 10 фактов о климатологии Как изучают климат: 10 фактов о климатологии

В чем разница между погодой и климатом и почему она так важна сегодня?

Популярная механика
Дарья Мороз — новая икона стиля и секс-символ российского кино Дарья Мороз — новая икона стиля и секс-символ российского кино

Кто такая Дарья Мороз?

Cosmopolitan
Лучшие бесплатные программы для проверки компьютера: тестируем компоненты Лучшие бесплатные программы для проверки компьютера: тестируем компоненты

Для тестирования комплектующих ПК есть большое количество специальных утилит

CHIP
Открыть в приложении