Лаборатория «Квантовая инженерия света»

Лаборатория Квантовая инженерия света создана в 2022 году, при финансировании грантом Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях и государственные научные центры Российской Федерации (постановление Правительства РФ от 09.04.2010 N 220).

Лаборатория занимается исследованиями гибридных квантовых состояний света в задачах квантовой обработки информации, разработкой алгоритмов и протоколов на основе квантовых состояний света для выполнения квантовых вычислительных операций, стойких к потерям и моделированием и экспериментальной реализацией оптимальных квантово-оптических схем с негауссовыми состояниями света в области квантовых вычислений и метрологии.

Руководитель

Сотрудники

Всего 30 человек, из них: 5 докторов наук, 10 кандидатов наук, 4 аспирантов, 4 студента. Ключевые исполнители:

• Подошведов Сергей Анатольевич, доктор физико-математических наук;

• Алоджанц Александр Павлович, доктор физико-математических наук;

• Подгорнов Федор Валерьевич, кандидат физико-математических наук; 

• Чигринов Владимир Григорьевич, доктор физико-математических наук; 

• Бескачко Валерий Петрович, доктор физико-математических наук;

• Калинкин Александр Александрович, кандидат физико-математических наук;

• Авосопьянц Грант Владимирович,кандидат физико-математических наук;

• Борщевская Надежда Владимировна, кандидат физико-математических наук;

• Куц Дмитрий Анатольевич, кандидат физико-математических наук.

Работы и результаты

Научные:

• Обосновано использование оптических состояний в протоколах квантовых вычислений;

• Предложен новый алгоритм генерации состояний кота Шредингера с большой амплитудой (более 5) и высоким качеством (более 99%). В эксперименте предполагается использовать в качестве основного ресурса одномодовый сжатый вакуум: это состояние подается на вход последовательно расположенных светоделителей, которые перенаправляют фотоны в детекторы, обладающие способностью разрешать число упавших на них фотонов. Выработанная стратегия вычитания до 20 фотонов из начального состояния одномодового сжатого вакуума в схеме с двумя светоделителями достаточна для достижения достаточно высоких значений точности и вероятности успешной регистрации состояний кота Шредингера даже с двумя неэффективными детекторами.

 Образовательные:

• Подготовлена и запущена Программа повышения квалификации «Квантовые технологии»;

• Подготовлена Программа подготовки бакалавров в ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»;

• Регулярно проводился научный Семинар лаборатории;

• Студенты и аспиранты лаборатории приняли участие в 5-ой Международной Школе по квантовым технологиям (Сочи, Хоста) по направлению «Квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовая связь и квантовые сенсоры»;

• Студенты лаборатории приняли участие в 6-ой Международной Школе по квантовым технологиям (г. Миасс) по направлению «Квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовая связь и квантовые сенсоры»;

• Разрабатывается магистерская программа «Квантовая инженерия»;

• Обучение в Квантовом центре МГУ прошли 4 сотрудника лаборатории;

• Международная Школа по квантовым технологиям в Челябинской области – февраль 2023 год.

Инфраструктурные:

• Определен облик лаборатории мирового уровня для квантовых измерений, квантовой связи и изучения квантовой метрологии.

Публикации

1. Tsarev D. V., Ansimov D. V., Podoshvedov S. A., Alodjants A. P. Schrödinger cat state formation in small bosonic Josephson junctions at finite temperatures and dissipation // Laser Physics Letters – 2022 – Volume 19, Number 12. DOI: 10.1088/1612-202X/ac99e2
2. Kuts D.A., Podoshvedov M.S., Ba An Nguyen, Podoshvedov S.A. Realistic conversion of single-mode squeezed vacuum state to large-amplitude high-fidelity Schrödinger cat states by inefficient photon number resolving detection //Physica Scripta – 2022 – Volume 97, Number 11. DOI: 10.1088/1402-4896/ac955f
3. Madhu A.K., Melnikov A.A., Fedichkin L.E., Alodjants A.P., Lee R.K. Quantum walk processes in quantum devices // Heliyon – 2023 – Volume 9, Issue 3. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13416
4. Podoshvedov M.S., Podoshvedov S.A., Kulik S.P. Algorithm of quantum engineering of large-amplitude high-fidelity cat states in setup with k beam splitters and with inefficient photon number resolving detection // Scientific Reports - 2023 -  Volume 13, Article number: 3965. DOI: 10.1038/s41598-023-30218-6
5. Moiseev S.A.,  Minnegaliev M.M., Moiseev E.S., Gerasimov K.I., Pavlov A.V., Rupasov T.A., Skryabin N.N., Kalinkin A.A., Kulik S.P. Pulse-area theorem in a single-mode waveguide and its application to photon echo and optical memory in Tm3+: Y3Al5O12        //  Physical Review A - 2023 -  Volume 107. DOI: 10.1103/PhysRevA.107.043708

Конференции:

1. Осенняя школа Института Эйлера по квантовым алгоритмам (05.12.2022 г. – 12.12.2022 г.) -http://quanteuler.tilda.ws/#rec503283841. Организаторы: Санкт-Петербургский государственный университет, Математический институт имени В. А. Стеклова РАН и ПАО «Газпром нефть», при финансовой поддержке Минобрнауки России.

2. Международная научная конференция «Нелинейные волны 2022» (7.11.2022 г. - 13.11.2022 г.) - https://nonlinearwaves.ipfran.ru/. Организаторы: Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород (ИПФ РАН), Нижегородский государствен-ный университет им. Н.И. Лобачевского (ННГУ).

3. Конференция «Цифровые технологии в добыче углеводородов» (3.10.2022 – 7.10.2022 г.) - https://events.rn.digital/conf/ct2022/schedule. Организаторы: ООО «РН-БашНИПИнефть».

4. VI International Conference on Ultrafast Optical Science UltrafastLight-2022 (3.10.2022 г. – 7.10.2022 г.) - https://ultrafastlight.ru/. Организаторы: Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН.

5. 5th International School on Quantum Technologies (02.10.2022 г. – 08.10.2022г.) –http://qutes.org/portfolio/qts-2022. Организаторы: МГУ им. Ломоносова.

6. Международная научная конференция «Суперкомпьютерные дни в России» (23.09.2022 г. – 26.09.2022 г.) - https://russianscdays.org/agenda/keynote. Организаторы: МГУ имени М.В.Ломоносова, Российская академия наук, Московский Центр фундаментальной и прикладной математики, Суперкомпьютерный консорциум университетов России.

Мероприятия:

Проведена VI Международная школа по квантовым технологиям (26.02.2023 г. – 04.03.2022 г.): http://qutes.org. Организаторы: МГУ имени М.В.Ломоносова, ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», при информационной поддержке Минобрнауки РФ

Оборудование:

1. Оптический стол с системой виброизоляции (производитель: Daeil Systems);

2. Детектор счета фотонов - COUNT-100N-FC (производитель: Thorlabs);

3. Набор оптико-механического оборудования (оптические рельсы, поворотные столики, держатели оптики, лазерные зеркала, наборы линз и др.);

4. Балансный фотодетектор - PDB450A (производитель: Thorlabs);

5. Источником питания для устройств К/Т-Cube - TPS002 (производитель: Thorlabs);

6. Система позиционирования - KPZNFL5/M (производитель: Thorlabs);

7. Пространственный модулятор света - PLUTO-2.1-NIR-118 (производитель: Holoeye);

8. 3D-принтеры закрытого (X-Max) и открытого (Ender) типов.

Контакты:

Подошведов Сергей Анатольевич, podoshvedovsa[at]susu[dot]ru