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).


Заявление на участие в ЕГЭ 2018 года необходимо подать до 1 февраля включительно - Газета РодникВыпускники школ текущего года подают заявление на сдачу ЕГЭ по месту учебы.
18.01.2018 Газета Родник
ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ ЦЕРКОВНЫХ специалистов в области катехизической деятельности  МОСКОВСКАЯ ДУХОВНАЯ АКАДЕМИЯ в сотрудничестве с Московским педагогическим государственным университетом (МПГУ) Программа нац
18.01.2018 Духовная академия
photo_2018-01-16_07-48-09 - Ramns.RuВыпускники школ текущего года подают заявление на сдачу ЕГЭ по месту учебы.
18.01.2018 Ramns.Ru
Техническое творчество: в Реутове растят юных Кулибиных - Газета Реут«От идеи к эксперименту» - один из главных принципов работы детской лаборатории в Реутове Детская фантазия не имеет границ.
18.01.2018 Газета Реут
Более 20 ребят посетило открытые уроки по рисованию в Доме культуры «Воскресенское». Фото: архив - Администрация с.п.ВоскресенскоеБолее 20 ребят посетило открытые уроки по рисованию в Доме культуры «Воскресенское».
18.01.2018 Администрация с.п.Воскресенское
24 января 2018 г. институт модернизации образования Московского государственного областного университета проводит круглый стол «Педагогические классы — кадровый потенциал системы образования Подмосковья».
18.01.2018 МГОУ
Преподаватель занимается с учеником по классу саксофон в Детской музыкальной школе в Ивантеевке. - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области, Зоя Джан Министерство культуры Подмосковья объявляет конкурс на соискание премии губернатора Московской области «Лучший по профессии» среди работников учреждений сферы культуры и
18.01.2018 Правительство Московской области
10 юбилейная смена олимпиадной школы в Долгопрудном собрала более 300 учеников из 4 стран - Долгие ПрудыЗавершившаяся 13 января 10 юбилейная смена олимпиадной школы в Долгопрудном собрала более 300 учеников из 4 стран: России, Казахстана, Молдовы и Великобритании.
18.01.2018 Долгие Пруды
Техническое творчество: в Реутове растят юных Кулибиных - Газета Реут«От идеи к эксперименту» - один из главных принципов работы детской лаборатории в Реутове Детская фантазия не имеет границ.
18.01.2018 Газета Реут
Мытищинский школьный парламент провёл «круглый стол» по профилактике правонарушений - Мытищинский районВ школе №8 состоялась встреча представителей комиссии по делам несовершеннолетних и защите их прав и Мытищинского школьного парламента.
18.01.2018 Мытищинский район
«Родительский лекторий» объединяет - Газета Факт«Родительский лекторий» в школе № 12, расположенной в микрорайоне Павлино Балашихи, проводят впервые.
18.01.2018 Газета Факт
10 юбилейная смена олимпиадной школы в Долгопрудном собрала более 300 учеников из 4 стран - Долгие Пруды
10 юбилейная смена олимпиадной школы в Долгопрудном собрала более 300 учеников из 4 стран
Завершившаяся 13 января 10 юбилейная смена олимпиадной школы в Долгопрудном собрала более 300 учеников из 4 стран: России, Казахстана, Молдовы и Великобритании.
Долгие Пруды
Школьный референдум - Центр Города
Школьный референдум
18 марта на школьном референдуме учащиеся школ будут голосовать за или против «шестидневки».
Центр Города
Декоративные башни установили на крышу здания нового детского сада в Шатуре - Ленинская Шатура
Декоративные башни установили на крышу здания нового детского сада в Шатуре
В среду, 17 января, прошел заключительный этап монтажа кровли здания строящегося детского сада в Шатуре.
Ленинская Шатура
Глава Раменского района Андрей Кулаков поздравил семьи первых десяти новорожденных 2018 года - Газета Родник1 января в Областном центре материнства и детства города Раменское появился на свет первый новорожденный этого года: мальчик Георгий.
17.01.2018 Газета Родник
В ГИБДД назвали самые аварийные места в Подольске - ТК Кварцфото: ОГИбдд умвд россии по г.о. подольск За 12 месяцев 2017 года  на территории  городского округа Подольск выявлено 5 мест концентрации ДТП.
18.01.2018 ТК Кварц
На трассе М4 в Ступине микроавтобус с 12 пассажирами врезался в отбойник - РТВ-ПодмосковьеПосле на этом же участке столкнулись ещё 19 машин На трассе М4 «Дон» в подмосковном Ступине микроавтобус с пассажирами врезался в отбойник.
18.01.2018 РТВ-Подмосковье
Два дома сгорели в Рузском округе - Красное знамя
Два дома сгорели в Рузском округе
Деревянный дом №1 на улице Луговой в поселке Дорохово загорелся 14 января в первом часу ночи.
Красное знамя
На Московском шоссе выгорели склады - Копейка
На Московском шоссе выгорели склады
Склады выгорели в доме № 25Б на Московском шоссе в Сергиевом Посаде, передает корреспондент «Подмосковье сегодня».
Копейка
Клинская прокуратура утвердила обвинительное заключение занимавшемуся незаконной деятельностью предпринимателю - Серп и Молот
Клинская прокуратура утвердила обвинительное заключение занимавшемуся незаконной деятельностью предпринимателю
12 января 2018 года и.о. Клинского городского прокурора В.П. Виляев утвердил обвинительное заключение по обвинению М. в совершении преступления, предусмотренного п. «б» ч. 2 ст.
Серп и Молот
Новые турмаршруты заработали в Коломне в 2018 году - Серебряно-Прудский вестник© Optina photosight.ru В 2018 году Коломна реализует новую экскурсию с элементами интерактива «Вкусные истории древней Коломны» и «Загадки старого города или расследование по делу...»,
18.01.2018 Серебряно-Прудский вестник
В объективе с арт-объектом - Газета ФактПрошел необычный день, когда посетителям можно фотографироваться на фоне понравившихся зданий, экспозиций и экспонатов и делиться интересными историями о встрече с прекрасным.
18.01.2018 Газета Факт
Нет описания - Газета ОсноваСпросили мы у члена Союза художников Подмосковья Людмилы Кулагиной. Почему у неё?
18.01.2018 Газета Основа
В Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал - Звенигородские ведомости
В Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал
В воскресный день в д/о Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал, организованный приходом Звенигородского Успенского собора на Городке, настоятелем которого является архимандрит Иероним.
Звенигородские ведомости
Татарская автономия и мусульманская община Люберец поздравляют Фаиля Ибятова - Люберецкая панорама
Татарская автономия и мусульманская община Люберец поздравляют Фаиля Ибятова
ЛЮБЕРЦЫ. 18 янв. INLUBERTSY.RU – Татарская национально-культурная автономия городского округа Люберцы поздравляет известного научного и общественного деятеля Фаиля Мужиповича Ибятова, которому сегодня исполнилось 60 лет,
Люберецкая панорама
Как подготовиться к Крещенским купаниям? - Пущинская среда
Как подготовиться к Крещенским купаниям?
Журналисты регионального информагентства собрали рекомендации священников, медиков и МЧС о том, как правильно совершать погружение в купель на Крещение.
Пущинская среда
Православные традиции - Газета ФактОт Рождества до Святого Крещения… Подмосковье готовится к одному из главных православных праздников – Крещению Господню.
18.01.2018 Газета Факт
IMG_1714-18-01-18-12-38 - ГУ МЧС МОВ Павловском Посаде на манеже стадиона "Юность" 18 января проходит традиционное зимнее первенство Главного управления МЧС России по Московской области по пожарно-прикладному спорту.
18.01.2018 ГУ МЧС МО
дтп 15.01.2018 (1) - OdiNews.RuУже давно, с 1 июля 2015 года, пешеходы обязаны иметь световозвращающие элементы в следующем случае: — при движении вне населенного пункта; — при переходе дороги и движении по обочине или краю проезжей части;
18.01.2018 OdiNews.Ru
Егорьевские школьники начали сдавать ГТО - Егорьевский Курьер
Егорьевские школьники начали сдавать ГТО
№ 3 от 17 января 2018 г. Сдача нормативов Всероссийского физкультурно-­спортивного комплекса «Готов к труду и обороне» уже становится полезной привычкой – учащиеся школ проходят тестирование третий год подряд.
Егорьевский Курьер
Зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту прошло в Павловском Посаде - Павлово-Посадские известия
Зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту прошло в Павловском Посаде
Сегодня, 18 января, в манеже стадиона «Юность» состоялось зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту среди гарнизонов пожарной охраны Московской области.
Павлово-Посадские известия
У наших соседей - Егорьевский Курьер
У наших соседей
№ 3 от 17 января 2018 г. Пять+шесть+три На прошедшем в конькобежном центре «Коломна» чемпионате Европы сборная России выиграла пять золотых, шесть серебряных и три бронзовых медали.
Егорьевский Курьер
Состоялся форум малых городов и исторических поселений с участием Владимира Путина в Коломне - Люберецкая панорамаЛЮБЕРЦЫ. 17 янв. INLUBERTSY.RU – На форум вместе с президентом РФ Владимиром Путиным приехали руководители более чем 250 населенных пунктов — обсудить, что нужно сделать,
18.01.2018 Люберецкая панорама
С верой и благоговением - Красное знамяМногие православные христиане набирают в храмах крещенскую воду. Однако  не все знают, как правильно ее употреблять и хранить.
18.01.2018 Красное знамя
%d0%ba%d1%80 - Газета Новые ИзвестияЛюбителям этой православной забавы хорошо бы помнить о ее чудовищных последствиях Наблюдая засилье обрядов, основанных на приверженности культу и усиленных ограниченностью больных религией,
18.01.2018 Газета Новые Известия
Игорь Брынцалов определил основные направления работы Мособлдумы в весеннюю сессию - Московская областная ДумаСпикер Мособлдумы Игорь Брынцалов  отрыл первое заседание Мособлдумы весенней сессии.
18.01.2018 Московская областная Дума
Строительство завода Mercedes - Правительство Московской областиИсточник: ©, скриншот со страницы губернатора Подмосковья Андрея Воробьева в соцсети «ВКонтакте» Уборка снега на стройплощадках в снегопад на особом контроле областного Главгосстройнадзора,
18.01.2018 Правительство Московской области