Квантовая оптика и физика квантовой информацииНИР

Quantum optics and physics of quantum information

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Квантовая оптика и физика квантовой информации
Результаты этапа: Впервые экспериментально продемонстрирован прототип сверхкомпактного зонда на основе оптического волокна с квантовым датчиком на основе NV-центра в алмазе и с интегрированной двухпроводной СВЧ линией. Данный зонд обеспечивает высокую чувствительность при высокоскоростной визуализации слабых магнитных полей, что обеспечивает уникальные возможности для магнитометрии и термометрии биологических тканей на уровне отдельных клеток в эндоскопическом режиме в экспериментах на живых организмах. В рамках проекта по квантовой оптике атомов вблизи плазмонных наноструктур проведены исследования спектров резонансной флуоресценции двух- и трехуровневого атома вблизи плазмонной наночастицы сфероидальной формы при взаимодействии этой системы с плоской электромагнитной волной произвольной поляризации. Показано, что радиационная скорость релаксации сильно зависит от поляризации внешнего поля, что приводит в различиям в спектрах резонансной флуоресценции в случае разной поляризации внешнего поля. Таким образом, вид спектров резонансной поляризации позволяет определить как поляризацию ближнего поля, так и поляризацию внешнего поля. Развита квантовая теория генерации четырёхмодовых и шестимодовых кластерных квантовых состояний, формируемых соответственно в связанных двух и трёх волноводных каналах. Для тонких нелинейно-оптических пластин развита теория генерации двухмодовых запутанных состояний. Показано, что применение двухмодовых запутанных состояний в алгоритме квантового подсвечивания при временном кодировании позволяет увеличить объём передаваемой информации. В области разработки оптимальных протоколов томографии квантовых процессов для входных квантовых состояний с высокой размерностью проведено исследование влияния спектральной составляющей при распространении поляризационных бифотонных состояний через квантовый канал. Продемонстрирован эффект поляризационного эха и с помощью процедуры томографии квантового процесса произведена проверка адекватности выполняемых преобразований для условно приготовленных однофотонных поляризационных состояний. При изучении интерференции ярких неклассических состояний света — яркого сжатого вакуума и сжатого однофотонного состояния — экспериментально наблюдалась интерференция Хонга-Оу-Манделя для ярких «пучков-близнецов» и ее аналоги для тепловых и когерентных состояний. Продемонстрирована возможность реализации фильтра для макроскопических кубитов, повышающего их различимость, но сохраняющего закодированную в кубитах информацию. Впервые наблюдалось и исследовано гигантское усиление сверхярких «пучков-близнецов» вдоль поперечного и продольного сноса накачки при генерации в однопроходном параметрическом усилителе без затравки. Метод поляризационной квантовой томографии Карасева и Масалова был впервые применен для реконструкции поляризационной функции Вигнера когерентного состояния при использовании детекторов разрешающих числа фотонов и было экспериментально показано, что поляризационная функция Вигнера принимает отрицательные значения.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Квантовая оптика и физика квантовой информации
Результаты этапа: Впервые исследовано формирование нескольких фантомных изображений с использованием многомодовых запутанных квантовых состояний световых полей. Показано, что при использовании четырехмодовых запутанных состояний в фантомных изображениях удается получить одновременно три изображения, что позволяет существенно повысить качество реконструируемого изображения, по сравнению со схемами, в которых используются двухмодовые запутанные оптические состояния или квазитепловые световые источники. В рамках ранее развитой непертурбативной теории описаны факторы, позволяющие управлять анизотропией отклика отдельного атома на электромагнитное поле с заданным состоянием поляризации. Показано, что при использовании многочастотного лазерного импульса открывается возможность эффективного управления состоянием поляризации электрического поля электромагнитного отклика вещества. Последнее представляет значительный практический интерес с точки зрения развития новых поляризационно-чувствительных схем спектроскопии в ТГц и коротковолновой областях спектра. Показано, что генерация гармоник атомарными и молекулярными средами под воздействием мощных лазерных импульсов является перспективным методом генерации когерентного излучения как в длинноволновой, так и в коротковолновой областях спектра. Проанализирована роль связанных состояний в процессе туннельной фотоионизации в сильном световом поле. Динамика ионизации, происходящая за половину периода возбуждающего лазерного поля, полностью определяет оптическую нелинейность, как функцию длины волны и интенсивности возбуждающего лазерного поля. Анализ уравнения Шредингера для обобщенной квантовой системы (типа атома водорода) показал, что в высокоинтенсивном лазерном поле процесс фотоионизации не может быть описан, как многофотонная или туннельная ионизация с основного связанного состояния. Эволюция электронного пакета внутри атомной потенциальной ямы приводит к фотоионизации за счёт туннелирования из высоко лежащих возбуждённых состояний. В случае больших интенсивностей это обеспечивает существенное увеличение эффективности преобразования электронного волнового пакета в континуум, при котором открывающийся ионизационный канал доминирует над процессом туннелирования из основного состояния атома. Изучено изменение оптических свойств двухуровневого квантового излучателя (квантовой точки, молекулы), расположенного вблизи плазмонной наночастицы и взаимодействующего с лазерным излучением с конечной шириной линии. Показано, как наличие наноокружения влияет на эффект антигруппировки фотонов, излучаемых при резонансной флуоресценции атома. Показано, что корреляционная функция второго порядка существенно зависит от интенсивности ближнего поля наночастицы в котором находится атом, скорости радиационного распада атома, ширины линии лазера и отстройки от атомного перехода. Продемонстрировано, что квантово-оптические свойства фотонов, излучаемых атомом при резонансной флуоресценции, позволяют получать информацию о расположении атома около нанообъекта и о его взаимодействии с ним.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Квантовая оптика и физика квантовой информации
Результаты этапа: 1. установлено, что в при спонтанном параметрическом рассеянии в поле некогерентной накачки можно получить двухмодовые запутанные состояния, степень запутанности которых несущественно отличается от запутанных состояний, формируемых при когерентной накачки. 2. Предложен метод получения трехчастичных поляризационно-запутанных состояний Гринберга-Хорна-Цайлингера в схеме спонтанного поляризационного рассеяния (СПР) 1-го типа. 3. Показано, что спектр резонансной флуоресценции атома в непосредственной близости от плазмонной наночастицы очень чувствителен к положению атома относительно наночастицы и к поляризации ближнего поля, которая зависит в свою очередь от поляризации внешнего лазерного излучения. 4. На основании численного анализа уравнения Шредингера для обобщенной квантовой системы типа атома водорода было показано, что в высокоинтенсивном лазерном поле процесс фотоионизации не может быть описан просто как многофотонная ионизация или туннельная ионизация с основного связанного состояния. В таком режиме было теоретически продемонстрировано, что динамика электронного пакета внутри атомной потенциальной ямы приводит к фотоионизации за счёт туннелирования с высоких возбуждённых состояний. В случае высоких интенсивностей, такой сценарий туннелирования приводит к существенному увеличению эффективности вытекания электронного волнового пакета в континуум, открывая ионизационный канал, доминирующий над процессом туннелирования с основного состояния атома. 5. В качестве альтернативы численному решению квантово-механического нестационарного уравнения Шредингера была разработана удобная модель для расчёта нелинейно-оптического отклика атома и временно́го профиля населённости континуума, основанная на приближении сильного поля, но модифицированную с учётом динамики высоких связанных состояний и их вклада в процесс фотоионизации.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".