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 2414 0 Научные открытия
0
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 3776 0 Научные открытия
1
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 2255 0 Научные открытия
0
Физики занялись квантовой прокрастинацией
Две группы физиков осуществили мысленныйэксперимент Уилера и продемонстрировали феномен квантовой прокрастинации - возможности отложить на неопределенно долгое время "принятие решения" о том, повел ли в прошлом фотон себя как частица или волна.Две работы ученых опубликованы в одном номере Science, а их обзорупосвящена ..
2012-11-2 1419 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 4537 0 Научные открытия
0
К вопросу о сверхсветовой скорости движения нейтрино
Недавно в СМИ появилась информация о наблюдениях сверхсветовой скорости движения нейтрино. Как отмечалось, в среднем скорость нейтрино превышала скорость света на 0.00248 %, что составляет 7435 м/c. По мнению некоторых, это подрывает устои теории относительности. Предлагаем следующее объяснение наблюдаемым фактам, ..
2011-10-16 3871 3 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 2316 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 3255 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 1648 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 1693 0 Научные открытия
1
Физики создали квантовую связь между фотонами
Термин "квантовая запутанность" был введён ещё Эрвином Шрёдингером в 1935 году для обозначения явления, при котором состояния частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния, разделяющего эти частицы. По сути, это явление — всего лишь доказательство парадоксальности квантовой механики, однако современной ..
2013-05-29 2161 0 Научные открытия
-1
Поставлен новый рекорд квантовой телепортации
Международная команда физиков под руководством Антона Цейлингера (Anton Zeilinger) установила новый рекорд, осуществив квантовую телепортацию между двумя островами Канарского архипелага на расстояние 143 километра. Эксперимент был проведён еще весной 2012 года, но результаты опубликованы в журнале Nature только ..
2012-09-10 2025 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 2519 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 1835 0 Научные открытия
0
Ученые установили новый рекорд в квантовой телепортации
Ученым удалось добиться новых успехов в области квантовой телепортации. Исследователи смогли преуспеть в передаче через оптоволоконный кабель квантового состояния частиц света (фотонов) на расстояние 25 км. Эксперимент был основан на квантово-запутанных частицах — так называют квантовые объекты, которые ..
2014-12-11 2327 0 Научные открытия
0