Ученые разработали метод детектирования фотонов, не уничтожая при этом ни их самих, ни содержащуюся в них информацию

Детектор фотонов

В квантовых и обычных коммуникационных сетях информация переносится при помощи фотонов, частиц света. Для извлечения информации, переносимой фотоном, требуется его поглощение детектором, что подразумевает уничтожение, как самого фотона, так и переносимой им информации. Однако, в ряде случаев, в частности, в квантовых вычислениях, часто требуется неразрушающее детектирование фотонов во время движения с целью проверки того, достиг ли фотон (и информация) пункта его назначения. Такое отслеживание, в теории, может сделать квантовые вычислительные системы еще быстрее, а квантовые коммуникационные сети — надежней и стабильней.

«Никакой даже самый лучший детектор не дает 100-процентной эффективности, всегда остается шанс, что фотону удастся проскользнуть незамеченным» — пишут исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка в Германии, — «Используя несколько детекторов, поставленных в ряд, можно только лишь увеличить шанс обнаружения фотона».

Отметим, что за последние годы ученые нашли множество способов неразрушающего детектирования фотонов, основанных на анализе взаимодействия фотона с ионами, сверхпроводящими кубитами или другими квантовыми объектами. Однако, все такие методы позволяют произвести лишь одноразовое детектирование движущегося фотона или многоразовое детектирование фотона, пойманного в ловушку специальной полости-резонатора.

И лишь недавно исследователи из Германии нашли способ неразрушающего многократного детектирования единичного фотона, движущегося по оптическому волокну. Основой неразрушающего детектора является атом рубидия, находящийся в специальной светоотражающей полости. Фотон, попадающий в эту полость, отражается от стенок и изменяет квантовое состояние атома, которое контролируется при помощи импульсов лазерного света.

Для эксперимента исследователи разместили два таких детектора на расстоянии 60 метров и, в большинстве случаев оба детектора оказались способны обнаружить один и тот же фотон, посланный в оптическое волокно. «В теории и в идеале можно установить бесчисленное количество детекторов по пути следования фотона и зарегистрировать этот фотон бесчисленное количество раз» — пишут исследователи.

Однако, на практике все выглядит не столь радужно. Эксперименты показали, что фотон, попавший в полость детектора, теряется безвозвратно в 33 процентах случаев. Однако, если детекторы обнаружат, что какой-то из фотонов потерялся по пути, процесс передачи можно сразу же повторить. «Мы не должны будем ждать окончания передачи целого пакета, чтобы удостовериться, что все прошло как надо» — пишут исследователи.

Несмотря на то, что новый метод позволяет детектировать фотоны, он не несет в себе угрозы для безопасности квантовых коммуникаций. «Это похоже на процедуру трассировки пакетов в традиционных сетях. Мы можем обнаружить, каким путем прошел пакет, но нам не станет известно его содержимое» — пишут исследователи, — «Так же все обстоит и с фотонами в данном случае, мы можем его обнаружить не разрушив, но мы не сможем извлечь без разрушения заключенную в нем квантовую информацию»

В дальнейшем германские ученые планируют уменьшить потери фотонов в детекторах, используя различные материалы, конфигурации светоотражающих полостей и другие способы. Это, в свою очередь, позволит использовать большое количество детекторов на пути следования фотона, после чего можно будет начинать разработку реальных устройств отслеживания фотонов, предназначенных для различных квантовых систем.

Share Button

Материалы по теме:

Австралийские ученые создали самый быстрый в мире оптический нейроморфный процессор
Международная группа, возглавляемая учеными из Технологического университета Свинбурна (Swinburne University of Technology) недавно провела демонстрацию, ключевым компонентом которой стал новый, самый быстрый и самый ...
Атомристор — самая маленькая на сегодняшний день ячейка памяти
Ученые и инженеры из Техасского университета создали то, что можно назвать самым маленьким на сегодняшний день устройством хранения информации. Эта ячейка памяти, размером в ...
Cerebras CS-1 — самый маленький суперкомпьютер для искусственного интеллекта, построенный на базе самых больших процессоров
На выставке Supercomputing 2019, проходившей не так давно в Денвере, США, компания Cerebras Systems представила суперкомпьютер, предназначенный для систем искусственного интеллекта, который построен на ...
Компания Microsoft отдает мятый по мощности суперкомпьютер в распоряжение искусственного интеллекта
На прошедшей неделе представители компании Microsoft объявили о завершении создания нового суперкомпьютера, являющегося пятым в мире по вычислительной мощности. Этот суперкомпьютер, в составе которого ...
Живые вирусы помогут ускорить и увеличить эффективность компьютеров следующих поколений
Известно, что во время работы любой вычислительной системы в ее недрах возникают нежелательные задержки, связанные с необходимостью переноса блоков данных или программного кода из ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика