Розроблено метод, що дозволяє виявити фотон без його поглинання

Німецькі фізики розробили метод, що дозволяє їм виявити фотон без його поглинання. Це дозволяє зафіксувати наявність частинки кілька разів поспіль і за рахунок цього підвищити ефективність детектора, або помітити фотон без зміни його квантового стану. Останнє необхідно для розробки квантових обчислювальних систем. Докладніше в статті вчених для журналу Science.

 

Схема із статті дослідників Зображення: Reiserer, A., Ritter, S. & Rempe, G. Science (2013).

Розроблена фізиками з Інституту квантової оптики Товариства Макса Планка пристрій використовує атом, укладений між двома дзеркалами (одним практично ідеальним і одним напівпрозорим) в мікроскопічну порожнину. Розміри і форма порожнини підібрана так, що в ній виникають електромагнітні коливання тільки певної частоти: енергія яких співпадає з енергією атома в одному з станів.

Атом у цьому стані може взаємодіяти з падаючими на нього квантами і відображати їх, але при цьому його стан зміниться. Таку ідею, як пишуть дослідники, пропонували і раніше (вона принесла Нобелівську премію 2012 року Сержу Арошу та Девіду Уайнленду), проте реалізувати її на практиці і з використанням мікрохвиль, а видимого або інфрачервоного світла вдалося вперше.

Вчені уточнюють, що

в їх системі атом перебував спочатку в суперпозиції двох станів, з яких тільки одне (умовно позначену як «|2>») дозволяла відобразити квант світла. Після відбиття ця суперпозиція змінювалася і автори дослідження знайшли спосіб визначити те, яким чином це відбулося. Тим самим вони детектировали фотон не за рахунок його поглинання, а за рахунок його відображення.

Це виявлення фотонів без їх поглинання може стати в нагоді як для підвищення ефективності детекторів (якщо частку намагатися зафіксувати кілька разів поспіль, ймовірність виявлення зростає), так і в квантових обчислювальних пристроях, де потрібно зберегти стан частинки для подальших маніпуляцій в неспотвореному вигляді.

Квантові обчислювальні пристрої поки знаходяться на стадії лабораторних прототипів з сумнівною ефективністю. Однією з проблем, яку вченим необхідно вирішити для створення працюючих квантових комп’ютерів, є збереження квантового стану системи протягом досить довгого часу.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *