Ученые из ЮУрГУ представили и теоретически обосновали метод генерации оптических котов Шредингера большой амплитуды (больше 5) – нового, уникального класса неклассических состояний электромагнитного поля. Такие состояния могут оказаться полезными при выполнении некоторых типов квантовых вычислений и/или использоваться при построении прецизионных (квантовых) датчиков. Данные результаты, опубликованные в специализированном издании журнала «Nature», будут востребованы и в развитии предложенных теоретических методов описания неклассических состояний света, и в экспериментальных разработках – по поиску оптических инструментариев бурно развивающейся отрасли «квантовые технологии».
Такие состояния исследуются в квантовой оптике достаточно давно, поиск методов их генерации в режиме большой амплитуды не прекращается. Интерес к данным состояниям вызван их особым статусом в мире квантовой механики, а также возможностью реализовать эффективный универсальный оптический квантовый компьютер на базе данных состояний из-за их особенностей преобразования линейными оптическими элементами.
Такое направление дает возможность окунуться в новые технологические возможности, которые может предоставить квантовая оптика по сравнению с уже хорошо изученной оптической квантовой обработкой информации на базе одного-двух фотонов.
«В некоторой мере наш случай может походить на технологию бозонного сэмплинга – неуниверсального оптического квантового компьютера, которая в настоящее время бурно развивается во всем мире. Естественно, речь в нашем случае пока не идет о квантовом превосходстве или о создании универсального квантового компьютера, но в целом этот новый тип квантовых вычислений не требует ни гейтовой архитектуры, ни кластерных многонодовых состояний и других уже известных технологий. В значительной мере он уже выходит за рамки бозонного сэмплинга с учетом того, что даже незначительное усложнение исходной оптической схемы (добавление новых оптических элементов, новых входных состояний) позволяет резко увеличить число вычисляемых аналитических функций», – пояснил заместитель заведующего лабораторией «Квантовая инженерия света» ЮУрГУ, доктор физико-математических наук Сергей Подошведов.
Для достижения поставленной задачи – теоретического обоснования методов генерации оптических котов Шредингера – были использованы методы линейной квантовой оптики, которые позволяют проследить эволюцию квантовой системы до того, как она будет измерена. Данные оптические технологии доступны и позволяют проследить в какой-то мере даже визуально эволюцию квантовой системы на оптическом столе.
Следующей целью становится проверка результатов на экспериментальных установках, т. к. эксперимент помогает теоретическим идеям и подходам приблизиться уже к практике и реализации. Для эксперимента требуется весь арсенал современных квантово-оптических исследований, начиная с лазеров и оптомеханических компонентов и заканчивая прецизионными детекторами, способными различать одно-, двух- и многофотонные составляющие в световых полях.
«В работах, посвященных квантовым технологиям, крайне необходимо строить «мостики» к внятным экспериментальным реализациям предлагаемых в теории идей и подходов. Поэтому одной из целей, стоящих перед Лабораторией, является апробация такого рода результатов на экспериментальных установках – этому уделяется огромное внимание. Кстати, более или менее очевидно, что для этого потребуется привлечение высококвалифицированных кадров – и теоретиков, и, главное, экспериментаторов. Поэтому не менее важной задачей и, соответственно, планируемым результатом, является обучение студентов и аспирантов (прежде всего, из ЮУрГУ), привлекаемых к работам Лаборатории», – рассказал руководитель центра квантовых технологий МГУ, заведующий лабораторией «Квантовая инженерия света» ЮУрГУ, доктор физико-математических наук Сергей Кулик.
Данное исследование проводилось в рамках программы мегагрантов (Постановление № 220 от 9 апреля 2010 года). В июле 2023 года лаборатории «Квантовая инженерия света» исполняется год, но уже сейчас выстроено сотрудничество с такими ведущими центрами, как Центр квантовых технологий МГУ, ИТМО, Санкт-Петербургский государственный университет и др. Как подчеркивают руководители данного исследования Сергей Кулик и Сергей Подошведов, главной задачей сейчас является привлечение и формирование коллектива сотрудников-единомышленников, которые способны будут пользоваться всем арсеналом средств, необходимых для развития и движения вперед – и в теории, и в эксперименте.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
СМИ о нас:
ТАСС: Обоснован метод генерации оптических котов Шредингера большой амплитуды
Читайте нас:
- «Наука ЮУрГУ» в Яндекс.Дзен
- «ЮУрГУNews» в Telegram
- «Я люблю ЮУрГУ» в VK
- «Твой ЮУрГУ» в Одноклассники.ру