Лавина из фотонов: как поймать невидимое ⚡ экспресс
Для квантовых технологий нужны детекторы одиночных фотонов. Микроволновые фотоны (используемые в сверхпроводящих цепях) обладают ничтожной энергией, поэтому их трудно отличить от шума. Новый подход: перед детектированием умножать фотоны с помощью джозефсоновского устройства, работающего на неупругом туннелировании куперовских пар. Это как половник, который из одной капли супа делает целую ложку — только для квантов света. Анализ показал, что двухступенчатое умножение в 16 раз позволяет достичь вероятности обнаружения 84.5% и очень низкого уровня ложных срабатываний.
В фотометрии (измерении света) долго не удавалось уловить одиночные микроволновые фотоны — их энергия сопоставима с дрожанием атомов от тепла. Решение пришло из сверхпроводников: один фотон вызывает лавину — как снежный ком, катящийся с горы, обрастает снегом, так и квант микроволн рождает десятки таких же. Усиленный сигнал отделяют от фона с помощью анализа квантовой энтропии — меры хаоса: у лавины фотонов она иная, чем у случайных помех. Детектор охлаждают почти до абсолютного нуля, чтобы подавить тепловые помехи. Эффективность достигает 84,5% при минимальных ошибках. Парадокс: для поимки частиц из огненного прошлого Вселенной требуется экстремальный холод. Такие детекторы соединят квантовые компьютеры и, возможно, позволят зарегистрировать фотоны эха Большого взрыва, проверяя стандартную модель физики.
🎯 Энергия одиночного микроволнового фотона примерно в 100 000 раз меньше, чем у фотона видимого света, но именно такие частицы несут информацию о ранней Вселенной.