Физикам удалось обнаружить фотоны, не изменив их свойства

Физикам удалось обнаружить фотоны, не изменив их свойства

Квантовая теория гласит: невозможно измерить свойства частицы, не затронув при этом её квантового состояния. Этот постулат лежит в основе знаменитого принципа неопределённости Гейзенберга, который невозможно преодолеть на практике. Но новейшие исследования физиков показывают, что его можно в определённой степени… обойти.

Одни учёные разработали новую методику обнаружения одиночных фотонов видимого света без изменения информации, которую они несут. Другая команда исследователей адаптировали эту технологию под фотоны микроволнового излучения, тем самым продвинувшись ещё на шаг к созданию квантового Интернета будущего.

Обычный метод детектирования фотонов (квантов электромагнитного излучения) подразумевает использование датчиков, которые поглощают энергию и разрушают сами частицы. В последние годы исследователи разработали новые способы, которые позволяют извлечь только часть информации, которую несёт фотон, влияя таким образом на её квантовое состояние, но не разрушая его полностью. Ряд этих методик назвали слабыми измерениями.

Но для "квантового Интернета", где информация должна зашифровываться и передаваться без каких-либо изменений, даже этого мало. Дело в том, что квантовые сети кодируют информацию в кубиты, то есть квантовые биты, которые способны принимать значения "0" и "1" одновременно, поскольку могут быть сразу в нескольких квантовых состояниях в одно и то же время. Любое воздействие со стороны (даже измерение состояния) заставит кубит принять какое-то одно значение, и вся ценность квантовых вычислителей сойдёт на нет.

"Новая методика позволяет наблюдать за следом фотона, то есть следить за "конвертом", содержащим информацию, не вскрывая его при этом", — поясняет соавтор нового исследования Штефан Риттер (Stephan Ritter) из Института квантовой оптики общества Макса Планка в Германии.

В рамках своего эксперимента Риттер и его коллеги создали оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, обращённых друг к другу и удалённых всего на полмиллиметра друг от друга. Эти зеркала способны поймать между своими поверхностями фотоны со специфической "резонансной" энергией.

В этот резонатор физики загнали атом, находящийся в суперпозиции двух состояний, одно из которых резонировало с устройством. Атом в резонансном состоянии не пускал внутрь устройства фотоны, обладающие той же "резонансной" энергией.

Когда учёные отправили фотон в резонатор, двойное состояние атома спровоцировало сразу два единовременных события. В одном случае фотон не смог пройти внутрь устройства и отскочил от одного из зеркал. В другом он вошёл внутрь резонатора, проскакал между поверхностями двух зеркал и вылетел в том же направлении, что и вошёл.

Как объясняет Риттер в пресс-релизе, общее квантовое состояние фотона не было затронуто, в отличие от состояния атома: фаза между раздвоенным и нераздвоенным состояниями была смещена на 180 градусов. Считывая это смещение, физики и выявили прохождение фотона.

Подобный опыт проводился командой французских учёных во главе с Сержем Арошем (Serge Haroche), который стал лауреатом Нобелевской премии за своё достижение. Но его эксперимент, который проходил в 1990 году, был направлен на детектирование фотонов микроволнового излучения, которые не подходят для квантовых коммуникаций.

Коллеги Риттера, не принимавшие участия в исследовании, говорят, что данный механизм может лечь в основу инструмента, необходимого для создания квантового повторителя, ключевого компонента "квантового Интернета" будущего.

Впрочем, шаги на пути к такому устройства, сделаны не все. Прежде всего, Риттеру или другим физикам ещё предстоит "поместить" в состояние суперпозиции сам фотон, чего в данном эксперименте продемонстрировано не было.

Статья с результатами исследования вышла в журнале Science.

Также по теме: Физики создали квантовую связь между фотонами, разделёнными временем и пространством Ионный кристалл стал мощнейшим квантовым компьютером Немцы соорудили первую простейшую квантовую сеть  В алмазе увидели квантовый эффект Зенона Физики сделали снимок атома водорода

vesti.ru

Похожие новости:
В США увидели «твердый» свет
Ученые из США и Швейцарии сумели продемонстрировать корпускулярные свойства света. «Твердый» свет, наблюдаемый специалистами в лаборатории в США, открывает большие возможности для исследований в области квантовой оптики и физической кинетики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Reviev ..
2014-09-10 2275 0 Научные открытия
-1
Физики создали источник равных одиночных фотонов
Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org. Созданный учеными источник ..
2015-09-08 3678 0 Научные открытия
1
Магнитостатическая червоточина помогла физикам увидеть монополь Дирака
Физики из Испании при помощи созданной ими магнитостатической червоточины смогли увидеть аналог предсказанного в 1931 году английским физиком-теоретиком Полем Дираком магнитного монополя. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Scientific Reports, а кратко о работе ученых сообщается ..
2015-08-22 4865 0 Научные открытия
0
Физики представили альтернативу бозону Хиггса
Физики-теоретики предложили несколько альтернативных объяснений результатам, полученным на Большом адронном коллайдере (БАК). 4 июля 2012 года во время открытого семинара в CERN (организация, курирующая БАК) были представлены результаты коллабораций CMS и Atlas, из которых следовало, что физикам удалось ..
2012-07-11 1867 0 Научные открытия
-1
Физики управляли квантовой симметрией двухслойного графена
Ученые из США, Канады и Японии наблюдали дробный квантовый эффект Холла в двухслойном графене и показали возможность управления свойствами такого материала действием электрического поля. Свое исследование авторы опубликовали в статье в журнале Science. Физикам удалось при помощи электрического ..
2014-07-04 1492 0 Научные открытия
0
Физики впервые получили фотонные тримеры
Американские физики впервые экспериментально зарегистрировали связанные состояния из трех фотонов. Образование необычных для фотонов тримеров происходит при прохождении лазерного пучка через облако охлажденных атомов рубидия за счет формирования промежуточных поляритонных состояний, пишут ученые в Science. В отличие ..
2018-02-18 5506 0 Научные открытия
0
Графит заподозрили в сверхпроводимости при комнатной температуре
Физики обнаружили, что обработанный водой порошковый графит при комнатной температуре обладает некоторыми свойствами, характерными для сверхпроводников. Работа ученых опубликованав журнале Applied Materials(препринт), а ее краткое содержание приводит блог издания Technology Review. Необычные электрические свойства у графита удалось ..
2012-09-13 2413 0 Научные открытия
0
Ученые впервые наблюдали квантовый парадокс Чеширского кота
Физикам Франции, Австрии и США в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция) удалось провести эксперимент, в результате которого они измерили магнитный момент нейтрона независимо от положения самого нейтрона. Явление, которое наблюдали ученые, называется парадоксом Чеширского кота. Результаты своих ..
2014-07-30 2343 0 Научные открытия
0
Физики застали сверхпроводники за игрой в «Дженга»
Ученым Великобритании, США, Иордании и Канады удалось, по их словам, добиться существенного прогресса в понимании механизма возникновения высокотемпературной сверхпроводимости. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Кембриджского университета. В своей работе ученые ..
2014-06-18 1658 0 Научные открытия
0
Лазер разогнал пластиковую пленку до рекордных скоростей
Физикам из США при помощи излучения от фтор-криптонового лазера удалось разогнать до скорости в 1180 километров в секунду фрагмент пластиковой пленки. Таким образом ученым удалось побить свое прежнее достижение, за которое они получили официальный сертификат Книги рекордов Гиннесса, сообщается ..
2014-07-26 1458 0 Научные открытия
0
Ученые придумали фотонный коллайдер
Физики-теоретики из Великобритании и Германии предложили схему получения материи из света. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, кратко с ним ознакомится можно на сайте Phys.org. Ученые придумали установку, в которой фотоны (безмассовые частицы света) превращаются в массивные частицы, ..
2014-05-19 2115 0 Научные открытия
0
Ученые синтезировали 117-й элемент таблицы Менделеева
Немецким физикам удалось синтезировать 117-й элемент таблицы Менделеева, сообщает New Scientist. Данный элемент был открыт в 2009 году в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) и ранее уже был синтезирован учеными из России и США. Первоначально физики из Германии намеревались синтезировать 119-й элемент ..
2014-05-05 2314 0 Научные открытия
0
Атомный газ обменялся с кристаллом квантовыми состояниями
Испанские ученые впервые передали с помощью фотонов квантовые состояния между облаком холодных атомов рубидия-87 и кристаллом Pr3+:Y2SiO5. Статья опубликована в Nature.Чтобы построить квантовую сеть, необходимо не только сохранять квантовые состояния в течение долгого времени, но и передавать ..
2017-11-26 3942 0 Научные открытия
0
Физики остановили видимый свет
Группа исследователей из Нидерландов и США получила метаматериал, в котором фазовая скорость света близка к нулю, а коэффициент преломления становится отрицательным. Ученые утверждают, что их разработка стала первым трехмерным метаматериалом, который демонстрирует подобные свойства для видимого света. Подробности приведены ..
2013-10-15 2209 1 Научные открытия
0
Физики впервые скрутили свет в ленту Мебиуса
Физикам из Германии, Канады, Италии и США впервые удалось скрутить свет в ленту Мебиуса. Результаты своих исследований ученые изложили в статье в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. Закрутить оптическую волну авторам удалось при помощи особой ..
2015-01-31 2277 0 Научные открытия
0