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
Война без особых причин Война без особых причин

Киберспорт гораздо раньше, чем ожидалось, становится главным в нашем мире

GQ
Как устроен Chery Tiggo и китайский автопром Как устроен Chery Tiggo и китайский автопром

Компания Chery в последние годы вышла на совершенно новый уровень

4x4 Club
Что читать на выходных: отрывок из книги Тома Поллока «Белый кролик, красный волк», которая понравится и взрослым, и подросткам Что читать на выходных: отрывок из книги Тома Поллока «Белый кролик, красный волк», которая понравится и взрослым, и подросткам

Фрагмент «Белого кролика, красного волка» — светлой истории с налётом триллера

Esquire
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
Гигантские искусственные атомы обменялись возбуждениями через волновод Гигантские искусственные атомы обменялись возбуждениями через волновод

Из сверхпроводящих кубитов можно создать два гигантских искусственных атома

N+1
Материал будущего: из космической отрасли в ваш дом Материал будущего: из космической отрасли в ваш дом

Пенополиуретан всё чаще заменяет традиционные материалы в строительстве

Популярная механика
Семена чиа: как их есть, чтобы они приносили максимальную пользу? Семена чиа: как их есть, чтобы они приносили максимальную пользу?

На полках магазинов можно отыскать почти волшебные продукты

Cosmopolitan
Технологии, 3D-принтер, магия: почему через несколько лет каждый сможет обходиться без магазинов Технологии, 3D-принтер, магия: почему через несколько лет каждый сможет обходиться без магазинов

3D-принтер из фантазий фанатов научпопа превратился в реальность ретейла

Esquire
Разная война. Почему у Путина не получается защитить «итоги Второй мировой» Разная война. Почему у Путина не получается защитить «итоги Второй мировой»

Юбилей Победы Россия встречает в странных обстоятельствах

СНОБ
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
Как метать топоры: рассказ профессионала Как метать топоры: рассказ профессионала

Метание топора — потрясающе зрелищный вид спорта

Популярная механика
Траурный марш. Батька празднует Победу Траурный марш. Батька празднует Победу

Это прежде всего политический трюк — широко разрекламированный парад в Минске

СНОБ
Запоздалые припарки: успеет ли правительственная поддержка предотвратить гибель малого ретейла в России Запоздалые припарки: успеет ли правительственная поддержка предотвратить гибель малого ретейла в России

Более половины малых ретейлеров теряют 50% оборота

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

Роботические руки позволяют хирургам проводить дистанционные операции

Популярная механика
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
13 шагов миссии SpaceX Crew Dragon в реалистичных картинках 13 шагов миссии SpaceX Crew Dragon в реалистичных картинках

Первый в истории пилотируемый испытательный полет корабля Crew Dragon

Популярная механика
Не проходите мимо Не проходите мимо

Всегда ли оправдана политика невмешательства?

Лиза
Покажите язык: Максим Кронгауз — о проблемах русского языка, сленге и странных неологизмах Покажите язык: Максим Кронгауз — о проблемах русского языка, сленге и странных неологизмах

Максим Кронгауз о "мире люстр" и других прекрасных неологизмах

Esquire
Как сделать свой мозг стрессоустойчивым: 6 техник, которые работают Как сделать свой мозг стрессоустойчивым: 6 техник, которые работают

Стань хозяином своего душевного равновесия

Playboy
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
10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев 10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев

Мы жалеем их, любим и презираем ― в общем, эти герои никогда не будут нам чужими

Esquire
Громкие почесывания лангустов оказались слышны за три километра Громкие почесывания лангустов оказались слышны за три километра

Распространение звуков лангустов в воде позволит оценивать размеры их популяций

N+1
Аренда тренажёров, доставка еды и онлайн-марафоны​: фитнес-клубы нашли новые модели для работы после карантина Аренда тренажёров, доставка еды и онлайн-марафоны​: фитнес-клубы нашли новые модели для работы после карантина

Как работают фитнес-клубы во время простоя

VC.RU
На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина

Что мы будем делать, когда вырвемся на свободу

Cosmopolitan
Лучшие фильмы про лето Лучшие фильмы про лето

Лучшие фильмы о лете согреют тебя в мороз, утешат в холода и вылечат в стужу

Maxim
«Любовь во времена Zoom и чумы»: Esquire публикует диалог писателя с возлюбленной «Любовь во времена Zoom и чумы»: Esquire публикует диалог писателя с возлюбленной

Карантинный дневник Дмитрия Петровского

Esquire
Колонка Esquire: почему 80-е никак не выйдут из моды? Колонка Esquire: почему 80-е никак не выйдут из моды?

Почему 80-е оказались такими живучими — по крайней мере, в поп-культуре

Esquire
Парад вне расписания. Почему жизнь в России финансируется по остаточному принципу Парад вне расписания. Почему жизнь в России финансируется по остаточному принципу

Нельзя сказать, что наша власть совсем не сочувствует людям

СНОБ
Что делает мужчину мужчиной, мистер Лебовски? Что делает мужчину мужчиной, мистер Лебовски?

Отрывок из книги Берни Глассмана «Чувак и мастер дзен»

СНОБ
Открыть в приложении