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

Интервальное голодание: развенчиваем мифы о Интервальное голодание: развенчиваем мифы о

Какие плюсы и минусы есть у интервального голодания?

Cosmopolitan
Любовь на удаленке Любовь на удаленке

Интернет-общение и онлайн-знакомства уже давно стали для нас частью жизни

Лиза
Как поменять установки в свой адрес и повысить самооценку Как поменять установки в свой адрес и повысить самооценку

Почему нужно поменять внутреннего критика на внутреннего друга

РБК
Говорите мне «ты», мне всего пятьдесят!: колонка о том, станем ли мы бессмертными (в будущем) Говорите мне «ты», мне всего пятьдесят!: колонка о том, станем ли мы бессмертными (в будущем)

Размышления о том, каким будет будущее людей

Esquire
7 новых турецких сериалов, от которых невозможно оторваться 7 новых турецких сериалов, от которых невозможно оторваться

Турецкие сериалы с захватывающим сюжетом

Cosmopolitan
17 фильмов, которые стоит посмотреть, если вы любите «Звездные войны» 17 фильмов, которые стоит посмотреть, если вы любите «Звездные войны»

Список фильмов и сериалов, которые напоминают «Звездные войны»

GQ
Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна

В умелых руках и мусор может стать объектом коллекционирования

РБК
Каково это — едва не погибнуть, снимая войну в Афганистане. Прямая речь фотокорреспондента The New York Times Жуана Сильвы Каково это — едва не погибнуть, снимая войну в Афганистане. Прямая речь фотокорреспондента The New York Times Жуана Сильвы

Фотокорреспондент рассказывает о том, как он стал инвалидом в Афганистане

Esquire
Опухоль молочной железы стала рекордсменом по бактериальному разнообразию Опухоль молочной железы стала рекордсменом по бактериальному разнообразию

Микробиологи сравнили набор внутриопухолевых бактерий в тысяче образцов ткани

N+1
На пределе: путешествия на грани возможного На пределе: путешествия на грани возможного

Ведущий проекта «Роб Риггл исследует мир» отправляется разгадать тайны планеты

Популярная механика
Memento Vivere Memento Vivere

Фантастический рассказ о странном пациенте Крисе

Наука и жизнь
В атмосфере горячего юпитера не нашли рэлеевского рассеяния В атмосфере горячего юпитера не нашли рэлеевского рассеяния

Оно делает земное небо голубым для наших глаз

N+1
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
Полицейское государство, крепостное право: Дуров назвал семь причин не переезжать в США Полицейское государство, крепостное право: Дуров назвал семь причин не переезжать в США

Почему Павел Дуров не рекомендует переезжать в Кремниевую долину

Forbes
Как великие люди не стали теми, кем хотели Как великие люди не стали теми, кем хотели

Кем эти знаменитые люди на самом деле хотели стать

Weekend
Сенат США хочет изгнать китайских гигантов с американских бирж: чем политики объясняют это решение и к чему оно приведёт Сенат США хочет изгнать китайских гигантов с американских бирж: чем политики объясняют это решение и к чему оно приведёт

Новый шаг в противостоянии США и Китая

VC.RU
Россия, которую мы приобрели Россия, которую мы приобрели

Можно ли на Алтае найти инстапойнты красивее, чем в Альпах

Tatler
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
10 антитрендовых дизайнерских решений, которые мы всё равно любим 10 антитрендовых дизайнерских решений, которые мы всё равно любим

В дизайне интерьеров тоже есть тренды и антитренды

Cosmopolitan
Дарите женщинам цветы! Дарите женщинам цветы!

Уникальный промысел, которому уже 195 лет

Лиза
Замечания по адресу Замечания по адресу

Какую роль играет адрес в жизни человека, здания или учреждения

Forbes
Как устроен мозг маньяка-убийцы: мы отличаемся от них Как устроен мозг маньяка-убийцы: мы отличаемся от них

Что-то в этих преступниках не так, не по-человечески устроено

Популярная механика
«Слухи, образы, эмоции. Массовые настроения россиян в годы войны и революции» «Слухи, образы, эмоции. Массовые настроения россиян в годы войны и революции»

Отрывок из книги В. Аксенова: о крестьянах и их отношении к Первой мировой войне

N+1
Виктимология: существует ли наука, которая учит нас не быть жертвами? Виктимология: существует ли наука, которая учит нас не быть жертвами?

Что такое виктимология и поможет ли её изучение женщине не стать жертвой насилия

Cosmopolitan
Рама для картины Рама для картины

Интерьер для семьи и... для коллекции предметов искусства

SALON-Interior
С ароматом тропиков С ароматом тропиков

Кокосовое масло можно назвать средством три в одном

Лиза
Механики объяснили необязательность лесов при строительстве восьмиугольных куполов Механики объяснили необязательность лесов при строительстве восьмиугольных куполов

Как итальянским зодчим удавалось возводить купола без строительных лесов

N+1
Известный дегустатор вина — о запахах: почему след знакомого аромата способен перенести нас в прошлое Известный дегустатор вина — о запахах: почему след знакомого аромата способен перенести нас в прошлое

Колман Эндрюс о вине, бассейнах, хлорке и… брюнетках

Playboy
Почему нам так нравится секс — и другие аспекты сексуального поведения человека Почему нам так нравится секс — и другие аспекты сексуального поведения человека

Почему люди занимаются сексом, когда им вздумается?

Esquire
10 попыток создать идеальный универсальный язык 10 попыток создать идеальный универсальный язык

Почему человечество не может создать универсальный язык, понятный всем

Популярная механика
Открыть в приложении