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

Связать и измерить Связать и измерить

Квантовые технологии обладают огромным потенциалом

N+1
«С тобой так хорошо» и еще 10 фраз, которые важно говорить близким «С тобой так хорошо» и еще 10 фраз, которые важно говорить близким

Не секрет, что маленькие слова обладают огромной силой

Psychologies
Тревожности — бой! Победи ее, пока она не съела тебя: гид по выходу из стресса Тревожности — бой! Победи ее, пока она не съела тебя: гид по выходу из стресса

Как самое частое психическое расстройство XXI века управляет нами

Cosmopolitan
Заголовок на 43 млрд: как может развиваться история иска «Роснефти» к РБК Заголовок на 43 млрд: как может развиваться история иска «Роснефти» к РБК

«Роснефть» подала к РБК иск на рекордную сумму 43 млрд рублей

Forbes
Свидания онлайн: найти пару, не покидая квартиры Свидания онлайн: найти пару, не покидая квартиры

Как индустрия виртуального дейтинга меняется под влиянием новых условий жизни?

Psychologies
Они не железные! Звезды, которых карантин довел до нервного срыва Они не железные! Звезды, которых карантин довел до нервного срыва

Рассказываем, у кого из знаменитостей на карантине начали сдавать нервы

Cosmopolitan
10 мифов о здоровье 10 мифов о здоровье

Расстаемся со стереотипами!

Лиза
Ученые успешно воспроизвели аспекты теории перспектив Ученые успешно воспроизвели аспекты теории перспектив

Теорию перспектив из работы Канемана и Тверски удалось применить на практике

N+1
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
Пэлтроу - Роуз в Пэлтроу - Роуз в

Собрали самые яркие примеры, когда лучше было согласиться

Cosmopolitan
Кто зажег фитиль: что было со Вселенной до Большого взрыва Кто зажег фитиль: что было со Вселенной до Большого взрыва

Большой взрыв обычно считают началом всего того, что есть сегодня

Популярная механика
Городам казалось, будто их опять занимают немцы: история уникального гоночного грузовика Mercedes-Benz Городам казалось, будто их опять занимают немцы: история уникального гоночного грузовика Mercedes-Benz

Не только быстро, но и красиво

Maxim
Изменение климата сократило ареал летнего размножения мигрирующих видов птиц Изменение климата сократило ареал летнего размножения мигрирующих видов птиц

Распределение птиц, которые улетают зимовать в Америку, уменьшилось

N+1
Сердце гребаного мира Сердце гребаного мира

Андрей Карташов о «Фее» Анны Меликян

Weekend
Пора включить мозг Пора включить мозг

Татьяна Черниговская объясняет, кого возьмут в будущее

Собака.ru
Павел Дуров пошел на уступки инвесторам в криптовалюту Telegram Павел Дуров пошел на уступки инвесторам в криптовалюту Telegram

Павел Дуров согласился на уступку покупателям криптовалюты Gram

Forbes
Олень, иди за мной Олень, иди за мной

Ксения Рождественская о «Пожаре» Дэвида Линча

Weekend
Оральные контрацептивы и гормон любви - какова связь Оральные контрацептивы и гормон любви - какова связь

Как влияют на эмоции женщины противозачаточные таблетки?

Популярная механика
«Писал зубами крестьянин Григорий Журавлёв…» «Писал зубами крестьянин Григорий Журавлёв…»

История удивительного самарского иконописца Григория Журавлёва

Дилетант
10 лучших триллеров на Netflix, которые стоит посмотреть прямо сейчас 10 лучших триллеров на Netflix, которые стоит посмотреть прямо сейчас

Триллеры, которые действительно заставят вас почувствовать напряжение

Esquire
Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века

Самый красивый метеорологический прибор, даже если он ничего не показывает

Популярная механика
«Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов «Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов

Евгений Чичваркин сделал неутешительные прогнозы на будущее

Forbes
Почему я просыпаюсь ночью и не могу уснуть? 10 ответов на твой вопрос Почему я просыпаюсь ночью и не могу уснуть? 10 ответов на твой вопрос

У тебя часто бывает, что ты резко просыпаешься среди ночи?

Playboy
Проституция — это насилие: почему нам всем нужна шведская модель Проституция — это насилие: почему нам всем нужна шведская модель

Проституция — это не свободный выбор, но как помочь этим женщинам?

Cosmopolitan
В вымирании австралийской мегафауны обвинили климатические изменения В вымирании австралийской мегафауны обвинили климатические изменения

Древние гиганты Австралии могли стать жертвой постепенного иссушения климата

N+1
Преодоление себя, победы и поражения: 8 отличных документальных фильмов про спорт Преодоление себя, победы и поражения: 8 отличных документальных фильмов про спорт

Документальные фильмы о спорте — эмоциональные, полные триумфа и печали

Esquire
Как включить самообладание: правило 90 секунд Как включить самообладание: правило 90 секунд

Можем ли мы выбирать, как реагировать на раздражающие обстоятельства?

Psychologies
Разрушая стереотипы. Как женщины в Абу-Даби руководят социальным сектором и наукой Разрушая стереотипы. Как женщины в Абу-Даби руководят социальным сектором и наукой

Женщины-главы крупных государственных департаментов Абу-Даби об их работе

Forbes
Как хорошо выглядеть во время видеоконференций: 5 простых советов Как хорошо выглядеть во время видеоконференций: 5 простых советов

Совещания в Zoom новой реальностью. Как им соответствовать внешне?

Esquire
Траурный марш. Батька празднует Победу Траурный марш. Батька празднует Победу

Это прежде всего политический трюк — широко разрекламированный парад в Минске

СНОБ
Открыть в приложении