Новости города БезФормата.Ru
Долгопрудный
Главные новости
 
Задать вопрос?

Алмазный «револьвер» защитит линии квантовой связи

Исследователи из Московского физико-технического института и Университета Зигена объяснили механизм генерации одиночных фотонов в алмазных диодах. Результаты работы , опубликованной в одном из ведущих физических журналов Physical Review Applied, открывают путь к созданию быстрых однофотонных источников для квантовых линий связи и квантовых компьютеров будущего.


Иллюстрация пресс-службы МФТИ, автор Lion_on_helium


Работа устройств на уровне одиночных фотонов открывает возможность создания принципиально новых систем для коммуникаций и вычислений, начиная от аппаратных генераторов истинно случайных чисел до квантовых компьютеров . Пожалуй, самой востребованной квантовой технологией сегодня является квантовая связь. Методы квантовой криптографии , опирающиеся на законы квантовой физики, позволяют защитить передаваемые данные так, что их фундаментально невозможно будет перехватить, не важно какими устройствами обладает злоумышленник, пусть даже и сверхмощным квантовым компьютером. Однако практическая реализация линий квантовой связи и других квантовых устройств требует эффективной генерации одиночных фотонов.


С практической точки зрения необходимо, чтобы источники одиночных фотонов работали при комнатной температуре и от электрической накачки, т. е., проще говоря, в нормальных условиях и от батарейки. Несмотря на очевидность этих требований, соблюсти их оказывается крайне сложно. Во-первых, все квантовые системы не любят высокие температуры, а это означает, что для их охлаждения требуется холодильник или криостат, охлаждающий их по крайней мере до температуры жидкого гелия, а то и ещё ниже — до нескольких милликельвинов, что составляет приблизительно −273 градуса по шкале Цельсия. Хотя использование таких установок у физиков уже вошло в привычку, едва ли в ближайшее время удастся создать подобный холодильник стоимостью в несколько долларов, а значит стоит забыть о массовом использовании подобных квантовых систем. Во-вторых, сама концепция квантовых систем подразумевает, что они практически не взаимодействуют с окружающим миром, по крайней мере неконтролируемо. Примером такой системы служит одиночный атом в камере с разреженным газом. Тем не менее, несмотря на то, что его взаимодействие с окружающей средой практически отсутствует, физики могут управлять его электронными состояниями, облучая камеру лазером и тем самым заставляя атом излучать одиночные фотоны. Однако накачивать электрически такую квантовую систему не представляется возможным. Активные исследования в области квантовой оптики и квантовой электроники в последние два десятилетия показали, что не только атомам газов, но и даже полупроводниковым структурам, таким как квантовые точки, не под силу справиться с задачей эффективной работы от электрической накачки при комнатной температуре, в то время как многие другие другие материалы просто не проводят ток.


Выходом из сложившейся тупиковой ситуации довольно неожиданно стал алмаз — материал с очень необычными свойствами на стыке полупроводников и диэлектриков. Оказалось, что в алмазе центры окраски — точечные дефекты в кристаллической решётке, возникающие при случайном попадании или направленной имплантации в алмаз посторонних атомов — могут выступать в роли квантовых систем и показывать превосходные излучательные характеристики. Более того, удалось продемонстрировать, что при пропускании тока эти квантовые системы могут излучать одиночные фотоны. Однако физика происходящего процесса была неизвестна и не было понятно, что нужно делать, чтобы создать на основе центров окраски быстрые и эффективные источники.


В своей работе физики из МФТИ и Университета Зигена установили механизм однофотонного излучения NV-центров в алмазе при пропускании тока и определили, что влияет на динамику излучения фотонов. Согласно их исследованиям, процесс можно разделить на три стадии: (1) захват электрона центром окраски, (2) захват дырки (или, что то же, отдача электрона), (3) переход между электронными уровнями в центре окраски, которые вместе формируют механизм, похожий на принцип действия револьвера. Представим, что выстрел — это излучение одиночного фотона. Чтобы выстрелить, нужно сначала большим пальцем взвести курок (дефект должен захватить электрон). Затем нужно нажать на спусковой крючок. Это запускает спусковой механизм, и курок, обретя импульс, ударяет по капсюлю патрона. Именно этому «обратному» ходу курка и соответствует захват дырки центром окраски в алмазе. Далее заряд в капсюле взрывается, поджигает порох и под действием пороховых газов вылетает пуля. Аналогичным образом дырка в центре окраски испытывает переходы между возбуждёнными уровнями и основным уровнем, в результате чего происходит эмиссия фотона. Затем всё повторяется по тому же сценарию за одним лишь исключением: нам не нужен новый патрон, центр окраски может излучить сколько угодно фотонов по одному за раз.


На практике очень важно получать фотоны именно в моменты времени, когда они нужны, поскольку после генерации фотоны улетают со скоростью света. « Вспомните ковбойские дуэли в вестернах. Например, два стрелка начинают стрелять строго по бою часов. Побеждает обычно тот, кто выстреливает первым. Ценой за промедление является жизнь. Точно так же для квантовых устройств жизненно важно генерировать фотоны «по требованию» в строго определённые моменты времени » , — говорит Дмитрий Федянин . В своей работе исследователи показывают, что определяет время отклика алмазного однофотонного источника, т. е. через какое время он может излучить фотон, и какова вероятность испустить ещё один фотон через время τ после испускания первого. Оказывается, что этими временами можно управлять и на порядки улучшать их как путём изменения характеристик алмаза, например при помощи легирования, так и контролируя концентрации инжектированных в алмаз носителей заряда. Кроме того, по словам Дмитрия Федянина, помещая центр окраски в разных областях алмазного диода, можно управлять начальным состоянием центра окраски, подобно тому как стрелки предварительно взводят курок, чтобы быстрее выстрелить, или ставят револьвер на предохранитель.


Предложенная исследователями физическая модель отвечает на фундаментальные вопросы о поведении центров окраски в алмазе. Разработанная теория не только качественно объясняет, но и количественно воспроизводит недавние экспериментальные результаты. Это открывает путь к созданию практичных источников однофотонного излучения с заданными характеристиками, что необходимо для реализации устройств квантовой информации, таких как защищённые линии связи на основе квантовой криптографии.


Ссылка на оригинальную статью: I. A. Khramtsov, M. Agio, D. Yu. Fedyanin, Dynamics of single-photon emission from electrically pumped color centers , Physical Review Applied 8, 024031 (2017).


Свыше 8 тысяч человек в Солнечногорском районе участвовали в фестивале #Вместеярче - Газета СенежВ рамках Всероссийского фестиваля энергосбережения #ВместеЯрче прошли различные мероприятия для учащихся школ Солнечногорья,
21.09.2017 Газета Сенеж
Возмутительное Солнце - Городской ритм6 сентября на Солнце произошла самая мощная вспышка за последние 12 лет. Ей был присвоен статус X9.3.
21.09.2017 Городской ритм
Ilia shugaev - Газета Новые ИзвестияВ Санкт-Петербурге для Государственного противопожарного университета МЧС построят новый корпус, который по форме будет напоминать часовню, специально для кафедры «Основы православной культуры».
21.09.2017 Газета Новые Известия
В "Надежде" напомнили о ПДД - OpenDubna.RuДубненские  госавтоинспекторы 18  сентября в предверии проведения Недели безопасности провели тематический урок безопасности "Вспомним ПДД" с воспитанниками детского сада № 1 "Надежда",
21.09.2017 OpenDubna.Ru
Представители Чеховского клуба волонтеров активно посещают учебные заведения района, чтобы рассказать чем занимаются добровольцы, какие есть успешные практики и как сами ребята могут принять в них участие.
21.09.2017 Чеховский район
Урок по безопасности в школе - Правительство Московской областиИсточник: ©, пресс-служба зампреда областного правительства Дмитрия Пестова С начала учебного года в рамках месячника безопасности пожарно-спасательные подразделения Подмосковья провели более 9 тысяч профилактических
21.09.2017 Правительство Московской области
26 сентября 2017 года 14:30-18:00 в здании МБДОУ детского сада № 39 (ул. Карбышева,
21.09.2017 Управление образования Администрации Красногорского района
Как сообщил заместитель Председателя Правительства Московской области Дмитрий Пестов,
21.09.2017 Администрация г. Лыткарино
Пять детей пострадали в ДПТ на клинских дорогах - Серп и МолотЗа 8 месяцев 2017 года на территории Московской области зарегистрировано 371 дорожно-транспортное происшествие с участием детей и подростков в возрасте до 16 лет,
21.09.2017 Серп и Молот
5,5 млн рублей на молодежь - Газета МаякСобираются потратить в Пушкино до 2021 года Один из рассматриваемых вопросов заседания комиссии по социальным вопросам, культуре,
21.09.2017 Газета Маяк
Подмосковные власти планируют ввести в школах институт волонтёрства - РТВ-ПодмосковьеВ подмосковных школах могут появится волонтёры.
20.09.2017 РТВ-Подмосковье
Возмутительное Солнце - Городской ритм
Возмутительное Солнце
6 сентября на Солнце произошла самая мощная вспышка за последние 12 лет. Ей был присвоен статус X9.3.
Городской ритм
Свыше 8 тысяч человек в Солнечногорском районе участвовали в фестивале #Вместеярче - Газета Сенеж
Свыше 8 тысяч человек в Солнечногорском районе участвовали в фестивале #Вместеярче
В рамках Всероссийского фестиваля энергосбережения #ВместеЯрче прошли различные мероприятия для учащихся школ Солнечногорья,
Газета Сенеж
В Химках озвучили первые итоги образовательного проекта «Старший — младшему» - Химские новости
В Химках озвучили первые итоги образовательного проекта «Старший — младшему»
Руководители образовательного проекта «Старший — младшему» огласили итоги летнего сезона его реализации в Химках.
Химские новости
По подозрению в убийстве Ступинский ОМВД разыскивает двух уроженцев Средней Азии - Ступинская панорамаФото: Ступинский ОМВД ОМВД России по Ступинскому району разыскивает: По подозрению в совершении преступления, предусмотренного ч.1 ст.
21.09.2017 Ступинская панорама
Опасные грибы - Газета ФактБогатым на вызовы по поиску потерявшихся в лесу выдалось 20 сентября для пожарных и спасателей Балашихинского управления ГКУ МО «Мособлпожспас».
21.09.2017 Газета Факт
К 71-летию Международного военного трибунала в Нюрнберге - Газета Факт71 год назад впервые в истории представители всех наций мира осудили злодеев, совершивших особо тяжкие преступления государственного масштаба против человечества – гитлеровский фашистский режим, его карательные институты,
21.09.2017 Газета Факт
УФСБ России обнаружило амфетамин у люберчанки - Люберецкая панорама
УФСБ России обнаружило амфетамин у люберчанки
ЛЮБЕРЦЫ. 21 сентября. INLUBERTSY.RU – УФСБ России по городу Москве и Московской области во взаимодействии с сотрудниками полиции пресечена противоправная деятельность гражданки РФ Ивановой О.А.
Люберецкая панорама
ОМОН проводит зачистку территории около ТЦ «Москва» - Орехово-Зуевская правда
ОМОН проводит зачистку территории около ТЦ «Москва»
Сотрудники ОМОНа проводят зачистку территории около ТЦ «Москва», где собрались десятки мигрантов и сотрудников ТЦ, задержаны около 10 человек, передает в четверг корреспондент РИАМО Фото: Николай Корешков,
Орехово-Зуевская правда
Screenshot 32 - Газета Новые Известия
Тихвинские полицейские проверяют видео с избиением школьницы
В Ленинградской области возбудили уголовное дело после того, как в соцсетях распространилось видео, на котором школьница жестоко избивает свою сверстницу.
Газета Новые Известия
Кинофестиваль «Ералаш» пройдет во Дворце культуры Люберец 23 сентября - Администрация г.ЛюберцыКинофестиваль «Ералаш» пройдет в подмосковных Люберцах 23 сентября, сообщил глава городского округа Владимир Ружицкий.
21.09.2017 Администрация г.Люберцы
В Подмосковье планируют установить 57 тыс. новых светильников в рамках программы губернатора - Серебряно-Прудский вестникФото: ©, пресс-служба администрации городского округа Реутов В правительстве Московской области обсудили реализацию программы «Светлый город»: так, в регионе планируется установить в целом 57 тысяч новых светильников,
21.09.2017 Серебряно-Прудский вестник
Пушкино - библиотечная столица Подмосковья - Газета МаякКруглый стол на тему «Перезагрузка» библиотек Московской области. Актуальность.
20.09.2017 Газета Маяк
21 сентября. День в истории - Серебряно-Прудский вестник
21 сентября. День в истории
Фото: art-alex.ru В  862  году призвание новгородцами на княжение братьев варягов Рюрика, Синеуса и Трувора (эта дата считалась днем Начала русского государства).
Серебряно-Прудский вестник
Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине - Ступинская панорама
Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине
Фото: Ступинское информагентство, Сергей Фатеев Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине.
Ступинская панорама
Долгопрудненская централизованная библиотечная система приняла на работу кота - Долгие Пруды
Долгопрудненская централизованная библиотечная система приняла на работу кота
Кот Рыжов стал талисманом МБУ «Долгопрудненская централизованная библиотечная система» и был принят на работу библиотекарем, - сообщила корреспонденту долгопрудненского информагентства Ирина Нечаева.
Долгие Пруды
Как сообщил Владимир Ружицкий, первый официальный открытый турнир по спортивной «Мафии» пройдет в подмосковных Люберцах 23 сентября.
21.09.2017 LuberNet.Ru
Календарь - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области Мособлдума приняла в третьем чтении законопроект, который утверждает 26 праздничных и памятных дат Подмосковья, среди которых как существующие, – День Московской области – так и новые,
21.09.2017 Правительство Московской области
Медаль за бой - Истринские ВСетиПятеро воспитанников дедовского клуба «Профи-Спорт» привезли пять медалей с первенства Европы по кикбоксингу Кикбоксер Денис Лукашов в особом представлении не нуждается.
21.09.2017 Истринские ВСети
Стадион с новым газоном откроется в деревне Авсюнино к 1 октября - Орехово-Зуевская правда
Стадион с новым газоном откроется в деревне Авсюнино к 1 октября
На территории спортивного центра «Дина» в деревне Авсюнино Орехово-Зуевского района к 1 октября откроется стадион с обновленным газоном, передает корреспондент Орехово-Зуевского информагентства Елена Нефедова Фото:
Орехово-Зуевская правда
Грузоперевозки. Железнодорожный - Газета Факт
Грузоперевозки. Железнодорожный
В жизни каждого человека однажды появляется потребность к заказу услуги грузоперевозки Железнодорожный .
Газета Факт
У наших соседей - Егорьевский Курьер
У наших соседей
№ 38 от 20 сентября 2017 г. Реконструкция гидросооружений на Оке На территории г.о.
Егорьевский Курьер
med7 - Запрудненская участковая больницаПоделиться ссылкой: Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне) Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
"Современная газета не может жить без интернета..." - Газета ФактВице-губернатор Московской области Наталья Виртуозова 21 сентября провела совещание с руководителями муниципальных информационных агентств.
21.09.2017 Газета Факт
med7 - Запрудненская участковая больницаПоделиться ссылкой: Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне) Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
ГРИПП и ОРВИ - Запрудненская участковая больницаГБУЗ МО «Запрудненская участковая больница» напоминает, что в прививочных кабинетах поликлиник все желающие могут  вакцинироваться против гриппа , а также рекомендуем населению, не получившему прививку против гриппа,
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
hvgl2vRVJqI - Запрудненская участковая больница7 июля в Запруденском филиале Талдомской ЦРБ для молодежи поселка прошли занятия по оказанию первой медицинской помощи.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница