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
Хатуля Авсаджанишвили Хатуля Авсаджанишвили

Прогноз фэшн-директора Хатули: кризис научит нас разговаривать друг с другом

Собака.ru
13 спорных сцен из фильмов: что возможно, а что выдумка 13 спорных сцен из фильмов: что возможно, а что выдумка

Можно ли провести бриллианты в гипсе? А распилить кого-нибудь бензопилой?

Maxim
Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой

Стереотипы, связанные с преобладанием левого или правого полушария, сохраняются

Популярная механика
Моисей и все-все-все! Кто такие евреи и почему о них все время говорят? Моисей и все-все-все! Кто такие евреи и почему о них все время говорят?

Разбираемся в том, почему еврейский вопрос всегда актуален

Maxim
Предчувствие жизни: «Нормальные люди» Салли Руни в книге и на экране Предчувствие жизни: «Нормальные люди» Салли Руни в книге и на экране

«Нормальные люди»: стоит не только посмотреть сериал, но и прочитать книгу

РБК
6 роскошных домов, которыми владеют миллиардеры 6 роскошных домов, которыми владеют миллиардеры

В этих домах есть все – от храмов до вертолетных площадок

GQ
Правила жизни Квентина Тарантино Правила жизни Квентина Тарантино

Правила жизни знаменитого режиссера Квентина Тарантино

Esquire
Ресторатор Алексей Пинский — о концепции Regent by Rico, вине и кризисе Ресторатор Алексей Пинский — о концепции Regent by Rico, вине и кризисе

Владелец Regent by Rico — о концепции мясного ресторана, винной карте и кризисе

РБК
Самые дорогие мужские вещи, проданные на аукционе Самые дорогие мужские вещи, проданные на аукционе

Неплохой получился бы гардероб, если бы все это вошло в одну коллекцию

GQ
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
«Дуров бросил их с криком «Спасайся, кто может»: история краха TON глазами инвестора «Дуров бросил их с криком «Спасайся, кто может»: история краха TON глазами инвестора

Что пошло не так с блокчейн-платформой TON

Forbes
«Катюша»: оружие победителей «Катюша»: оружие победителей

Реактивные системы залпового огня БМ-8 и БМ-13 — символ победы СССР

Популярная механика
«Крутиться, несмотря ни на что»: как сделать бизнес прибыльным в разгар пандемии «Крутиться, несмотря ни на что»: как сделать бизнес прибыльным в разгар пандемии

Предприниматели перестраивают бизнес так, чтобы удовлетворять «чумной» спрос

Forbes
Дыра в ВВП: чем грозит экономике гибель малого бизнеса в России Дыра в ВВП: чем грозит экономике гибель малого бизнеса в России

Уже сейчас можно оценить последствия кризиса для малого бизнеса и экономики

Forbes
Lexus покоряет Байкал: лед, вода и медные трубы Lexus покоряет Байкал: лед, вода и медные трубы

Тест-драйв Lexus в экстремальных условиях

Maxim
Откуда взялись автомобилистки, авиаторши и циклистки Откуда взялись автомобилистки, авиаторши и циклистки

Отрывок из книги Ирины Фуфаевой о значимости феминитивов

СНОБ
Проявить внимание Проявить внимание

Снимки, сделанные в СССР и России с конца 1940-х до наших дней

Esquire
Рецепт счастья по-фински Рецепт счастья по-фински

В чем секрет финнов и какие факторы повышают удовлетворенность жизнью?

Psychologies
«Секстинг» и другие опасности: как подростков принуждают к сексу «Секстинг» и другие опасности: как подростков принуждают к сексу

Принуждение к сексу — проблема далеко не новая

Psychologies
Валерий Борзов – Усейн Болт из Советского Союза Валерий Борзов – Усейн Болт из Советского Союза

Его называют последним чистым спринтером в истории

GQ
Как заинтересовать девушку в переписке? 9 беспроигрышных способов Как заинтересовать девушку в переписке? 9 беспроигрышных способов

Есть ли какая-то секретная формула, чтобы влюбить девушку по переписке?

Playboy
Пенсионный фонд: самые долгоживущие организмы на планете Пенсионный фонд: самые долгоживущие организмы на планете

Некоторые из живых организмов на нашей планете живут вечно

Популярная механика

Моменты жизни Мадонны, о которых стоит вспомнить.

Cosmopolitan
14 фактов о «Звездных войнах» 14 фактов о «Звездных войнах»

Знал ли ты, что Тупак Шакур мог стать джедаем?

Maxim
«Важно проводить время с пользой» «Важно проводить время с пользой»

Интервью с Елизаветой Боярской и фотосессия, снятая на телефон

OK!
Как выбрать карту памяти для смартфона и другой техники Как выбрать карту памяти для смартфона и другой техники

Выбрать карту памяти сегодня гораздо проще, чем лет 10 назад

CHIP
Как и почему пьянствуют животные Как и почему пьянствуют животные

Поведение животных под воздействием алкоголя позволяет понять, почему пьют люди

Популярная механика
Донорские стволовые клетки позволили новорожденному японцу дожить до пересадки печени Донорские стволовые клетки позволили новорожденному японцу дожить до пересадки печени

Первая в мире операция по пересадке клеток печени

N+1
Близнецы Джудит и Джойс. Сестринская любовь, преодолевающая любые преграды Близнецы Джудит и Джойс. Сестринская любовь, преодолевающая любые преграды

Художница Джудит Скотт прошла путь от отчаявшейся женщины до признанного гения

Cosmopolitan
Открыть в приложении