Физики СПбГУ рассказали о новых исследованиях по квантовой оптике

Результаты работы Лаборатории квантовой оптики СПбГУ были представлены в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова на XI семинаре памяти Д. Н. Клышко, который проходит раз в два года и объединяет ведущих специалистов в области квантовых технологий.

Давид Николаевич Клышко (1929–2000) — профессор МГУ, известный специалист в области квантовой оптики и квантовой информатики, методологии и интерпретации квантовой механики и квантовой оптики, создатель научной школы квантовой оптики в России. На семинаре, который проводится уже более 20 лет, обсуждаются актуальные проблемы современной науки и различных ее приложений: квантовая обработка информации, квантовые вычисления, квантовая коммуникация и квантовые сенсоры, квантовая и поляризационная оптика, квантовые изображения, квантовые нелинейные системы, нестационарная оптика.

«Семинар памяти Д. Н. Клышко — это очень хорошая площадка, где собираются все ведущие силы России в нашей области квантовых технологий, — отмечает профессор СПбГУ Татьяна Юрьевна Голубева (кафедра общей физики-1). — Традиционно команда теорфизиков из СПбГУ была заметной частью сообщества, и их участие в дискуссиях, а также сами доклады обогатили семинар.» На одиннадцатом семинаре Санкт-Петербургский университет представляли семь исследователей, ведущие научную работу в Лаборатории квантовой оптики и подготовившие шесть сообщений. В этом году были представлены первые результаты сразу двух научных проектов, поддержанных грантами РНФ.

На сегодняшний день одной из самых многообещающих моделей квантовых вычислений является модель однонаправленных квантовых вычислений в непрерывных переменных, однако работа с непрерывными квантовыми системами имеет существенный недостаток — наличие неустранимых ошибок, связанных с конечной степенью сжатия состояний, используемых как ресурс для вычислений. Этой проблеме был посвящен доклад Татьяны Голубевой «Уменьшение ошибок телепортации и квантовых вычислений: гауссовы и негауссовы операции», в котором ученый акцентировала внимание на способах уменьшения ошибок одномодовых гауссовых преобразований. Более детально возможность уменьшения ошибки в вычислительных протоколах путем использования негауссова квантового состояния кубической фазы была раскрыта в постерном докладе аспиранта СПбГУ Эдуарда Зинатуллина. Старший преподаватель СПбГУ Евгений Вашукевич (кафедра общей физики-1) рассказал о новой экспериментальной работе, начатой в Лаборатории квантовой оптики СПбГУ по определению неточности срабатывания гейта при переходе от модели идеальных светоделителей к реальным экспериментальным условиям.

Эти доклады отразили начальные результаты научного проекта «Квантовые вычисления на многомодовых системах и системах высокой размерности» (грант РНФ 22-22-00022). Проект посвящен проработке двух различных вычислительных моделей: модели однонаправленных квантовых вычислений в непрерывных переменных и модели вычислений на многомерных квантовых системах (кудитах). В ближайшие два года научная группа под руководством Татьяны Голубевой планирует модифицировать вычислительные схемы, уменьшив требование на сжатие осцилляторов. Фокус исследований будет направлен на изменение конфигурации кластерных квантовых состояний, являющихся ресурсом для проведения вычислений, а также самих логических вентилей.

Результаты научного проекта «Кооперативные эффекты и явление сверхизлучения в ансамбле многоуровневых атомов» (грант РНФ 21-72-00049), ведущегося под руководством доцента СПбГУ Кирилла Тихонова (кафедра общей физики-1), были представлены в его выступлении «Коррелированные стационарные состояния в непрерывно накачиваемых и зондируемых атомных ансамблях». Ученый проанализировал ансамбль атомов щелочных металлов с большой оптической плотностью, который непрерывно накачивается и зондируется внешними полями. В таком режиме взаимодействия атомов со светом происходит когерентное рассеивание фотонов, свидетельствующее о наличии в среде кооперативных эффектов. Для нахождения коррелированного стационарного состояния системы с учётом многоуровневой энергетической структуры атомов ученый предлагает использовать самосогласованный подход, который основан на методах, применяемых при изучении сверхизлучательного лазера, и рассчитанный с его помощью спектр коллективнорассеянных фотонов.

Кроме сотрудников Лаборатории квантовой оптики, в семинаре приняли участие двое аспирантов и студентка СПбГУ. Дискуссия на постерной сессии стала настоящим испытанием для молодых ученых, отстаивавших свои научные результаты в диалогах с ведущими специалистами. Елизавета Башмакова представила постер «Однокудитные квантовые вентили для света с орбитальным угловым моментом». Этой новой тематикой — альтернативой кубитной логике, Елизавета занималась в магистратуре, и уже успела опубликовать статью в журнале Laser Physics Letters. Отметим, что сообщение Александры Баевой (аспирантки первого года обучения по направлению «Физика и астрономия») «Получение котов Шредингера с помощью логического затвора, основанного на измерении: влияние конечного сжатия ресурсного состояния» отмечен Первым призом за лучший постерный доклад.

 

Об исследованиях, проводимых научной группой по квантовой оптике, можно прочитать в статьях:

 

С направлением квантовая оптика можно подробнее познакомиться в рамках онлайн курсов: One-way Quantum Computation, Physical Basics of Quantum Computing , а также цикла онлайн-лекций специализации «Квантовые вычисления: от основ до передовых технологий» (Quantum Computing: from Basics to the Cutting Edge).

 

См. также