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 3222 0 Научные открытия
0
Ученые нашли самый прочный в мире материал
Ученые из Гельмгольца (Берлин, Германия) (HZB) обнаружили, что графен сохраняет свои замечательные электропроводящие свойства даже когда он находится в тесном контакте с такими материалами, как стекло и кремний. Это может стать ключевым открытием для разработки более эффективных тонкопленочных солнечных ..
2013-10-12 2900 0 Научные открытия
0
У света обнаружили необычные свойства
Японские, украинские, американские и корейские ученые открыли новые необычные свойства света. Авторы опубликовали исследование в журнале Nature Communications, кратко с ним можно ознакомиться на сайте RIKEN, крупного японского Института физико-химических исследований. Исследуя динамические характеристики эванесцентной волны, ..
2014-04-28 3954 0 Научные открытия
0
Ученые изучили свойства сверхпроводящего стекла
Российским исследователям МФТИ и ИТФ РАН совместно со своими коллегами изучили свойства сверхпроводящего стекла. Изучение проводимости стекла открыла ученым много интересных фактов, и непонятных процессов в системе из олова и графена. Как свидетельствуют энциклопедии, сверхпроводимостью называют свойства материалов, которые ..
2014-04-01 2213 0 Научные открытия
0
Открыто новое дважды магическое ядро кальция
Ученые из ЦЕРНа показали, что теоретическая ядерная физика не описывает наблюдаемые в эксперименте свойства изотопов химических элементов и доказали существование нового дважды магического ядра кальция. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics, а кратко о них сообщается на сайте ..
2016-02-10 2295 0 Научные открытия
2
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 3157 0 Научные открытия
0
Ученые Китая открыли тяжелую частицу
В Китае работающая на электрон-позитронном коллайдере группа физиков открыла новую тяжелую частицу, которая, вероятно, состоит из очарованных кварков, однако ее свойства не укладываются в существующие представления о таких частицах. Эксперимент BESIII, который проводит группа физиков из Китая, Украины, ..
2013-03-29 2440 0 Научные открытия
0
Из бактерий и золота ученые создали материал будущего
Человечество пока не строит космические корабли, походящие на гигантские живые организмы, как в научной фантастике, но подобное уже, кажется, не за горами. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали материал будущего - нечто, обладающее свойствами живых и неживых субстанций. Если коротко, инженеры ..
2014-05-05 3547 0 Научные открытия
0
Ученые изобрели водонепроницаемую магнитную нанобумагу
Ученые из Итальянского технологического института в Генуе рассказали о разработанном ими технологическом процессе, позволяющем производить водонепроницаемую антибактериальную магнитную бумагу, у которой сохраняются базовые свойства этого материала. На ее поверхности все так же можно печатать и писать, делать из нее кораблики и перерабатывать для дальнейшего использования.В ..
2012-04-16 2028 0 Научные открытия
0
Ученые открыли класс термоэлектрических материалов
Австрийские исследователи «вырастили» необычный термоэлектрический материал, который преобразует тепло в электрический ток и имеет несколько перспективных применений в промышленности. Группа ученых из Венского Технологического Университета в Австрии разработала супер-эффективный вид материала, который, как они утверждают, однажды может использоваться для превращения отработанного ..
2013-09-25 2652 0 Научные открытия
0
Физики увидели предсказанные в 1929 году безмассовые фермионы
Физики сообщили об экспериментальном открытии так называемых фермионов Германа Вейля. Их существование было теоретически предсказано немецким физиком в 1929 году, а квазичастицы ученые обнаружили в ходе экспериментов с кристаллами. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Science. Вейлевские квазичастицы ..
2015-07-18 7244 0 Научные открытия
0
Ученые создали новые кристаллы компьютерной памяти
Получены кристаллы, которые могут открыть новую эру в индустрии компьютерной памяти. Они недороги, просты в производстве и, главное, проявляют нужные свойства при комнатной температуре. Класс органических материалов, полученных в лабораториях Северо-Западного университета Иллинойса (США), открывает новые, захватывающие дух возможности ..
2012-09-2 2234 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 3013 0 Научные открытия
0
У вакуума обнаружено необычное квантовое свойство
Европейская Южная Обсерватория (ESO) сообщает о том, что учёным, возможно, удалось получить свидетельства необычного свойства вакуума, которое было предсказано 80 лет назад.В обычном состоянии вакуум ничем не проявляет себя, и свет распространяется через него без изменений. Но согласно ..
2016-12-07 4390 0 Научные открытия
0
Ученые объяснили необычные свойства «четырехмерного» оксида железа
Международная группа ученых при участии специалистов Московского государственного университета имени Михаила Ломоносова исследовала поведение недавно открытого нового оксида железа Fe4O5, описала его сложную структуру и предложила объяснение его необычным свойствам. Работа опубликована в журнале Nature ..
2016-04-12 2372 0 Научные открытия
1