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

Моделирование помогло рассчитать угол падения «динозаврового» астероида Моделирование помогло рассчитать угол падения «динозаврового» астероида

Падение астероида могло стать причиной существенного изменения климата

N+1
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
Юлий Гусман: «С детства не выношу, когда меня незаслуженно обижают» Юлий Гусман: «С детства не выношу, когда меня незаслуженно обижают»

Мы надели парадные пиджаки и пошли гулять по Ленинскому проспекту

Караван историй
13 сериалов, которые мы будем смотреть этим летом 13 сериалов, которые мы будем смотреть этим летом

Лучшие сериалы лета 2020

GQ
5 важных вопросов о косточке на стопе 5 важных вопросов о косточке на стопе

Можно ли избавиться от «косточки» на стопе раз и навсегда?

Лиза
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
«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
Астрономы нашли кольцеобразную галактику в ранней Вселенной Астрономы нашли кольцеобразную галактику в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили в каталогах наблюдений крупную кольцеобразную галактику

N+1
15 способов поднять самооценку 15 способов поднять самооценку

«Прокачиваем» уверенность в себе и учимся любить себя

Psychologies
Как в России планировали бороться с пьянством, но вместо этого боролись с трезвостью Как в России планировали бороться с пьянством, но вместо этого боролись с трезвостью

Краткая история отношений государства с водкой

Weekend
9 абсурдно длинных киносмертей 9 абсурдно длинных киносмертей

В процессе умирания киногерои умудряются совершить больше, чем люди за всю жизнь

Maxim
Елизавета Боярская: «Сидеть дома с мужем и детьми – это счастье» Елизавета Боярская: «Сидеть дома с мужем и детьми – это счастье»

Прогулка по весеннему Петербургу с Елизаветой Боярской – чем не план на выходные

Grazia
Это семейное: братья и сёстры, ставшие знаменитыми Это семейное: братья и сёстры, ставшие знаменитыми

Какие братья и сёстры смогли добиться популярности в российском кино

Cosmopolitan
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
Ограничения стали новой нормой: как изменится жизнь после карантина Ограничения стали новой нормой: как изменится жизнь после карантина

Некоторые государства постепенно смягчают ограничения, введенные из-за пандемии

Forbes
Хорошее дело Хорошее дело

Для четырех наших героинь помощь другим стала делом жизни

Cosmopolitan
Как на самом деле охотились хищные динозавры Как на самом деле охотились хищные динозавры

Небольшие хищные динозавры, вопреки мнению Голливуда, не охотились единой стаей

Популярная механика
Попасть в историю: 6 новых исторических романов, которые стоит прочитать Попасть в историю: 6 новых исторических романов, которые стоит прочитать

Несколько отличных исторических романов

Esquire
Месть нерождённых и спасение Руси: чем живут мужчины, выступающие против абортов Месть нерождённых и спасение Руси: чем живут мужчины, выступающие против абортов

Идеи, продвигаемые мужчинами, которые хотят за женщин решать вопрос материнства

Cosmopolitan
Лётчица Женя Жигуленко: почему так хорошо быть длинноногой на войне Лётчица Женя Жигуленко: почему так хорошо быть длинноногой на войне

Евгения Жигуленко каждый день стремилась в небо, чтобы биться с врагом

Cosmopolitan
Есть ли в ресторанном мире повод для оптимизма? Есть ли в ресторанном мире повод для оптимизма?

Иван Глушков рассуждает о судьбе ресторанного бизнеса

GQ
Как работает сила воли Как работает сила воли

Важные научные исследования, которые меняют наше представление о силе воли

Esquire
Эксперты — о скандале вокруг Регины Тодоренко и ее фильме Эксперты — о скандале вокруг Регины Тодоренко и ее фильме

Мнение экспертов про инцидент с Региной Тодоренко и ее новое видео

РБК
«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
Пришел чужой штраф. Что с этим делать во время самоизоляции? Пришел чужой штраф. Что с этим делать во время самоизоляции?

Оспорить штраф за проданную машину или авто-двойник чаще всего можно онлайн

РБК
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
Функциональные связи гиппокампа предсказали субъективный стресс Функциональные связи гиппокампа предсказали субъективный стресс

Гиппокамп для этого остался ключевым участком

N+1
Пара нормальных Пара нормальных

Татьяна Алешичева об экранизации романа Салли Руни

Weekend
«Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой «Это спорт не для бедных»: сколько стоит подготовка фигуриста уровня Алины Загитовой

Почему фигурное катание обходится так дорого

Forbes
Она была студенткой, а он ее... учил? Она была студенткой, а он ее... учил?

Романы между студентами и преподавателями — очень плохая идея

Psychologies
Открыть в приложении