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

Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами Гигантские хищные динозавры оказались марафонцами

В зависимости от размера динозавры использовали разные стратегии перемещения

N+1
Игровое пространство Игровое пространство

Бюджеты, зарплаты, призовые и трансферы киберспорта

Forbes
Предсказан новый тип галактик Предсказан новый тип галактик

Ученые поняли, почему крошечной галактике так трудно омолодиться

Популярная механика
Открытая натура Открытая натура

Загородный дом по дизайну Нелли Полежаевой

SALON-Interior
Сон или зубрежка всю ночь? Ответ подсказали мозговые волны Сон или зубрежка всю ночь? Ответ подсказали мозговые волны

Научные доказательства того, что сон очень важен в процессе запоминания

Популярная механика
Встречаюсь с женатым и не чувствую вины Встречаюсь с женатым и не чувствую вины

История читательницы о романе с женатым человеком с комментариями психолога

Psychologies
«Надо чувствовать удары жизни по лицу». Уроки личностного роста от ветерана норвежского спецназа «Надо чувствовать удары жизни по лицу». Уроки личностного роста от ветерана норвежского спецназа

Как жить прекрасно даже во время пандемии и кризиса?

Forbes
Милый парень или фанатик: как сайентология испортила жизнь Тому Крузу Милый парень или фанатик: как сайентология испортила жизнь Тому Крузу

Том Круз — один из самых высокооплачиваемых и известных актеров Голливуда

Cosmopolitan
Как делают стволы для снайперских винтовок: отвечает Влад Лобаев Как делают стволы для снайперских винтовок: отвечает Влад Лобаев

Как делают стволы для снайперских винтовок и как технологии влияют на точность?

Популярная механика
Лимфодренаж для лица: как избавиться от морщин Лимфодренаж для лица: как избавиться от морщин

Мало движения, много еды — все «тренды» отражаются на нашем внешнем виде

Psychologies
ICQ, Prisma, ЖЖ и другие: как чувствуют себя некогда популярные сервисы ICQ, Prisma, ЖЖ и другие: как чувствуют себя некогда популярные сервисы

Вы удивитесь, но некоторые из этих приложений еще работают

VC.RU
Как компании-новички переписывают правила игры для монополистов и сокрушают бренды Как компании-новички переписывают правила игры для монополистов и сокрушают бренды

Стартапы, ставящие на удобство и дешевизну, способны совершить революцию

Forbes
Светский Лев Светский Лев

Лев Рубинштейн попробовал себя в роли хроникера успешных людей

GQ
Трофей из России — легендарный Т-34 на службе вдали от дома Трофей из России — легендарный Т-34 на службе вдали от дома

Т-34 побывал везде - в Европе, на Ближнем Востоке, в Африке

Maxim
Музыка тёмной материи: можно ли услышать “песню” невидимой Вселенной Музыка тёмной материи: можно ли услышать “песню” невидимой Вселенной

Что особенного в темной материи?

Популярная механика
Правила жизни сэра Пола Маккартни Правила жизни сэра Пола Маккартни

Правила жизни одного из основателей великой четверки The Beatles Пола Маккартни

Esquire
Не надо считать себя всезнайкой. Советы по запуску успешного бизнеса от создательницы NYX Cosmetics Не надо считать себя всезнайкой. Советы по запуску успешного бизнеса от создательницы NYX Cosmetics

Как построить успешный бизнес и какие качества важны для предпринимателя

Forbes
Фильмы 1945-го: какие картины показывали в год Победы и почему они изменили советский кинематограф Фильмы 1945-го: какие картины показывали в год Победы и почему они изменили советский кинематограф

Хроника кинопремьер военных лет

СНОБ
«Битва экстрасенсов»: топ-7 самых странно одетых участников шоу «Битва экстрасенсов»: топ-7 самых странно одетых участников шоу

Собрали для тебя топ-7 главных стиляг программы «Битвы экстрасенсов»

Cosmopolitan
А что я сделала, чтобы помочь? Регина Тодоренко выпустила фильм о проблеме домашнего насилия А что я сделала, чтобы помочь? Регина Тодоренко выпустила фильм о проблеме домашнего насилия

Фильм, посвященный проблеме абьюза в России — «А что я сделала, чтобы помочь?»

Forbes
Неподдельная красота: как выглядели жены советских хоккеистов Неподдельная красота: как выглядели жены советских хоккеистов

Жены советских хоккеистов: внешне хрупкие, но с огромной внутренней силой

Cosmopolitan
6 президентов, снявшихся в рекламе 6 президентов, снявшихся в рекламе

Главный смысл рекламы — не обещать ничего конкретного, но при этом обещать всё

Maxim
Как раскрутить Instagram-аккаунт: 7 советов экспертов Как раскрутить Instagram-аккаунт: 7 советов экспертов

Собрали основные советы из книги «Миллион подписчиков»

РБК
Слепень, клещ, вилорог: самые быстрые животные в мире Слепень, клещ, вилорог: самые быстрые животные в мире

Cверхскоростные животные кроме гепарда

Популярная механика
Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре

Открытие ученых может повысить надежность сложных оптических устройств

Популярная механика
Апокалипсис Дрездена: дуэли «ковровых бомбардировок» Апокалипсис Дрездена: дуэли «ковровых бомбардировок»

Одна из самых спорных и противоречивых военных операций Второй мировой

Популярная механика
Тысячеликое «сейчас» Тысячеликое «сейчас»

Не может быть двух «сейчас»... или может?

Наука и жизнь
В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество

Инженеры разработали карбоновый бетон, способный проводить электричество

Популярная механика
Обувь победителя: что надо знать о паре Air Jordan 1 Майкла Джордана, проданной сегодня за 41 миллион рублей Обувь победителя: что надо знать о паре Air Jordan 1 Майкла Джордана, проданной сегодня за 41 миллион рублей

Почему Air Jordan 1 стали культовыми и чем заслужили такую ценность

Esquire
Год без Победы. Как пандемия повлияет на память о войне Год без Победы. Как пандемия повлияет на память о войне

Впервые за два десятилетия, Красная площадь в Москве на 9 мая останется пустой

СНОБ
Открыть в приложении