Диссертация (Генерация, передача и хранение широкополосного яркого излучения в квантовой оптике и квантовой информатике), страница 2
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Генерация, передача и хранение широкополосного яркого излучения в квантовой оптике и квантовой информатике". PDF-файл из архива "Генерация, передача и хранение широкополосного яркого излучения в квантовой оптике и квантовой информатике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве СПбГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с СПбГУ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 2 страницы из PDF
Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñæàòîãî èïåðåïóòàííîãî ñâåòà îáû÷íî èñïîëüçóþò îäèí èç äâóõ ìåõàíèçìîâ: ïàðàìåòðè÷åñêîåÂâåäåíèå7ïðåîáðàçîâàíèå ôîòîíîâ â êðèñòàëëàõ ñ êâàäðàòè÷íîé íåëèíåéíîñòüþ [26] èëè ñîçäàíèå ðåãóëÿðíîé ãåíåðàöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ (íàïðèìåð, ïóòåì ðåãóëÿðèçàöèèíàêà÷êè) [2729]. Ïåðâûé èç ïåðå÷èñëåííûõ ìåõàíèçìîâ ïðåäïîëàãàåò âîçìîæíîñòüìàíèïóëèðîâàíèÿ êàê ìàëîôîòîííûìè ïîëÿìè, òàê è ÿðêèì íåêëàññè÷åñêèì ñâåòîìïðè èñïîëüçîâàíèè ðåçîíàòîðà. Ãåíåðàòîðû ñ ðåãóëÿðíîé íàêà÷êîé, áóäó÷è ïåðâûìèñèñòåìàìè, â êîòîðûõ óäàëîñü ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷èòü èçëó÷åíèå ñ ñóáïóàññîíîâñêîé ñòàòèñòèêîé [30], è ñåãîäíÿ îñòàþòñÿ íàèáîëåå íàäåæíûìè è ëåãêî ðåàëèçóåìûìè èñòî÷íèêàìè íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, èñïîëüçóåìûìè óæå íå òîëüêî â íàó÷íûõëàáîðàòîðèÿõ, íî è â êîììåð÷åñêèõ öåëÿõ [31].Áîëåå äåòàëüíîå èçó÷åíèå èñòî÷íèêîâ íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, à òàêæå âîïðîñûïðèìåíåíèÿ òàêîãî ñâåòà â ïðîòîêîëàõ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, âûäåëèëè, êàê îäèíèç âàæíåéøèõ àñïåêòîâ, ìíîãîìîäîâîñòü è øèðîêîïîëîñíîñòü èçëó÷åíèÿ.
Ñëåäóåòîòìåòèòü, ÷òî êàêèì áû íè áûë èñòî÷íèê ñâåòà, âûøåäøåå èçëó÷åíèå âñåãäà îáëàäàåò òîé èëè èíîé ïîëîñîé èçëó÷åíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ó÷åò ýòîãî ôàêòîðà íåîáõîäèìäëÿ ïîñòðîåíèÿ àäåêâàòíûõ ôèçè÷åñêèõ ìîäåëåé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, îêàçàëîñü, ÷òîøèðîêîïîëîñíîñòü ñâåòà ïðåäîñòàâëÿåò äîïîëíèòåëüíûå èíôîðìàöèîííûå âîçìîæíîñòè äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ. Âîîáùå, óâåëè÷åíèå ÷èñëà ñòåïåíåé ñâîáîäû íîñèòåëÿèíôîðìàöèè ìóëüòèïëèêàòèâíî óâåëè÷èâàåò èíôîðìàöèîííóþ åìêîñòü êàíàëà.
Îäíàêî, äëÿ êâàíòîâîãî êàíàëà íåîáõîäèìî íå òîëüêî èìåòü èíôîðìàöèîííî åìêèéèñòî÷íèê ñèãíàëà, íî è îáåñïå÷èòü ïåðåäà÷ó ýòîé èíôîðìàöèè áåç äîáàâëåíèÿ êâàíòîâûõ øóìîâ, à çíà÷èò ñâåò, èñïîëüçóåìûé äëÿ ïîäàâëåíèÿ øóìîâ â êàíàëå, äîëæåíîáëàäàòü êàê ìèíèìóì òåì æå ÷èñëîì ñòåïåíåé ñâîáîäû, ÷òî è ñàì ñèãíàë.Äðóãèì âàæíûì àñïåêòîì ÿâëÿåòñÿ äàëüíîñòü ïåðåäà÷è êâàíòîâîãî ñèãíàëà.
Êàêèçâåñòíî, ýôôåêòû äåêîãåðåíöèè ïðèíöèïèàëüíî îãðàíè÷èâàþò äàëüíîñòü ïåðåäà÷è êâàíòîâûõ ñèãíàëîâ.  îòëè÷èå îò ïåðåäà÷è êëàññè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, äîïóñêàþùèõ óñèëåíèå äëÿ óâåëè÷åíèÿ äàëüíîñòè èõ ïåðåäà÷è, êâàíòîâûå ñèãíàëû íå ìîãóò8Ââåäåíèåáûòü óñèëåíû áåç äîáàâëåíèÿ øóìà (ýòî äèêòóåòñÿ òåîðåìîé î çàïðåòå êëîíèðîâàíèÿêâàíòîâûõ ñîñòîÿíèé [3234]). Óñèëèÿ, ïðåäïðèíèìàåìûå äëÿ ïðåîäîëåíèÿ ýôôåêòîâäåêîãåðåíöèè, ïîçâîëèëè íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ óâåëè÷èòü äàëüíîñòü ðàáîòû èíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ. Òàê, åñëè â ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî ïåðåäà÷å êâàíòîâîãîêëþ÷à [35], âûïîëíåííûõ â 1992 ãîäó, ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó èñòî÷íèêîìè ïðèåìíèêîì ñîñòàâëÿëî 30 ñì [36], òî íà íàñòîÿùèé ìîìåíò äàëüíîñòü ïåðåäà÷èïðåâîñõîäèò 100 êì. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ïåðåäà÷è êâàíòîâûõ ñèãíàëîâ íà áîëüøèåðàññòîÿíèÿ ñâÿçûâàþò ñåãîäíÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì êâàíòîâûõ ïîâòîðèòåëåé [3740] óñòðîéñòâ, ïîçâîëÿþùèõ ðàçäåëèòü áîëüøóþ äèñòàíöèþ íà êîðîòêèå ñåãìåíòû, ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé êâàíòîâûì ïåðåïóòûâàíèåì.
Êëþ÷åâûì ìîìåíòîì äëÿ ðåàëèçàöèè òàêèõ ïîâòîðèòåëåé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ÿ÷ååê êâàíòîâîé ïàìÿòè [41, 42], ïîçâîëÿþùèõ õðàíèòü ïåðåïóòàííûå ñîñòîÿíèÿ íà êàæäîì èç ñåãìåíòîâ äî îïðåäåëåííîãîìîìåíòà. Ïðè ýòîì òðåáîâàíèÿ, ïðåäúÿâëÿåìûå ê ÿ÷åéêàì ïàìÿòè â ðàìêàõ êîíöåïöèè êâàíòîâûõ ïîâòîðèòåëåé î÷åíü âûñîêè: îïåðèðóÿ â êâàíòîâîì ðåæèìå, îíèäîëæíû ðàáîòàòü ñ âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòüþ è äîñòàòî÷íûì áûñòðîäåéñòâèåì.Ïåðâàÿ ìîäåëü ÿ÷åéêè êâàíòîâîé ïàìÿòè îïèðàëàñü íà èñïîëüçîâàíèå ýôôåêòà ýëåêòðîìàãíèòíî-èíäóöèðîâàííîé ïðîçðà÷íîñòè (EIT) â àòîìíîì àíñàìáëå ñ Λêîíôèãóðàöèåé ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé [43, 44].
Îäíàêî, êàê èçâåñòíî, ñíèæåíèåãðóïïîâîé ñêîðîñòè ñâåòà çà ñ÷åò ïîâûøåíèÿ äèñïåðñèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿíåèçáåæíî ñîïðîâîæäàåòñÿ ñóæåíèåì ðàáî÷åé ïîëîñû ÷àñòîò, à çíà÷èò, è ñíèæåíèåì èíôîðìàöèîííîé åìêîñòè ñîîòâåòñòâóþùåãî îïòè÷åñêîãî êàíàëà ñâÿçè [45]. Íàñåãîäíÿ, âîïðîñ îá ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû êâàíòîâîé ïàìÿòè îáñóæäàþò â ñîâîêóïíîñòè ñ âîïðîñîì î åå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè [46]. Âñå èçëîæåííîå âûøå ãîâîðèò îáàêòóàëüíîñòè òåìû äàííîãî äèññåðòàöèîííîãî èññëåäîâàíèÿ.Âî ââåäåíèÿõ ê êàæäîé èç ãëàâ äèññåðòàöèè ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âûñîêàÿ ñòåïåíüðàçðàáîòàííîñòè íàïðàâëåíèé èññëåäîâàíèÿ.Ââåäåíèå9Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå ÿðêèõ øèðîêîïîëîñíûõ èëè ìíîãîìîäîâûõ â ïðîñòðàíñòâå è/èëè âðåìåíè ñâåòîâûõ ïîëåé â ñæàòîì è ïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè è àíàëèç èõ ïðèìåíèìîñòè â èíôîðìàöèîííûõ ïðîòîêîëàõ; îáñóæäåíèå âñåãîêîìïëåêñà âîïðîñîâ îò ãåíåðàöèè òàêèõ ïîëåé (ñ ðàçëè÷íûìè êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèìèñâîéñòâàìè), èñïîëüçîâàíèÿ øèðîêîïîëîñíûõ ñâåòîâûõ ïîëåé â êâàíòîâûõ èíôîðìàöèîííûõ êàíàëàõ (â ïðîòîêîëàõ êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ è òåëåïîðòàöèè),äî èõ õðàíåíèÿ â ÿ÷åéêàõ êâàíòîâîé ïàìÿòè.Äëÿ äîñòèæåíèÿ ýòîé öåëè áûëè ïîñòàâëåíû è ðåøåíû ñëåäóþùèå êîíêðåòíûåçàäà÷è:1.
Íàéòè êâàíòîâûå ñèñòåìû ñïîñîáíûå ãåíåðèðîâàòü ÿðêèé øèðîêîïîëîñíûé ñâåòñ íåêëàññè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Ïîñòðîèòü êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå ìîäåëè òàêèõ ñèñòåì è ïîëó÷èòü ïîëíîå òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå èõ õàðàêòåðèñòèê â ðàìêàõ àïïàðàòà êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè. Ïîëó÷èòü ðàçëè÷íûå âèäû íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà: øèðîêîïîëîñíûé êâàäðàòóðíî ñæàòûé ñâåò, ïåðåïóòàííûé ñâåò,ïîëÿðèçàöèîííîå ñæàòèå, ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâûé ñæàòûé ñâåò.2.
Èññëåäîâàòü ïðèìåíèìîñòü íàéäåííûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà â êâàíòîâûõ èíôîðìàöèîííûõ ïðîòîêîëàõ. Îáîáùèòü ïðîòîêîëû ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ è òåëåïîðòàöèè íà ñëó÷àé ìíîãîìîäîâîãî è øèðîêîïîëîñíîãî ñâåòà, íàéòè è îöåíèòüàäåêâàòíûå èíôîðìàöèîííûå ìåðû, õàðàêòåðèçóþùèå êà÷åñòâî ðàáîòû ïðîòîêîëîâ.3. Ïîñòðîèòü ìîäåëü êâàíòîâîé ïàìÿòè, ïðèãîäíóþ äëÿ ñîõðàíåíèÿ øèðîêîïîëîñíîãî è ïðîñòðàíñòâåííî ìíîãîìîäîâîãî íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà. Îöåíèòü âîçìîæíîñòè ñîõðàíåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ èíôîðìàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê òàêîãîñâåòà.
Àïðîáèðîâàòü ìîäåëü íà ïðèìåðå èçëó÷åíèÿ îò êîíêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ.10ÂâåäåíèåÏðàêòè÷åñêàÿ çíà÷èìîñòü ðàáîòû îáóñëîâëåíà ïðåæäå âñåãî ðàñòóùèìè ïîòðåáíîñòÿìè êâàíòîâîé èíôîðìàòèêè.  ýòîé ñâÿçè ìû ñòàðàëèñü ïåðåêèíóòü ìîñò îòòðàäèöèîííûõ ïîäõîäîâ êâàíòîâîé îïòèêè ê èíôîðìàöèîííûì îöåíêàì èññëåäóåìûõñèñòåì.
Ìû ñäåëàëè àêöåíò íà çàäà÷àõ, îáåñïå÷èâàþùèõ óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðàáîòûèíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ è èõ åìêîñòè. Èñïîëüçîâàíèå ïðîñòðàíñòâåííî ìíîãîìîäîâîãî ñâåòà äåëàåò âîçìîæíûì ðàñïðîñòðàíåíèå åñòåñòâåííîãî îïòè÷åñêîãî ïàðàëëåëèçìà, ïðèñóùåãî êâàíòîâûì èçîáðàæåíèÿì, íà êâàíòîâî-èíôîðìàöèîííûå ïðèëîæåíèÿ. Ïîäîáíàÿ àíàëîãèÿ íàïðàøèâàåòñÿ è äëÿ øèðîêîïîëîñíûõ (îòíîñèòåëüíîâðåìåííîé ïåðåìåííîé) ïîëåé. Ñëåäóåò îòäåëüíî âûäåëèòü âàæíîñòü îïåðèðîâàíèÿøèðîêîïîëîñíûìè (êîðîòêèìè) èìïóëüñàìè â çàäà÷àõ êâàíòîâîé ïàìÿòè.
ß÷åéêèêâàíòîâîé ïàìÿòè ðàññìàòðèâàþòñÿ íà ñåãîäíÿ êàê êëþ÷åâîé ýëåìåíò êàíàëîâ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè íà çíà÷èòåëüíûå ðàññòîÿíèÿ, îáåñïå÷èâàÿ âîçìîæíîñòü ôóíêöèîíèðîâàíèÿ êâàíòîâûõ ïîâòîðèòåëåé. Òàêèì îáðàçîì, ïîñêîëüêó èíôîðìàöèîííàÿ åìêîñòü êàíàëîâ ñâÿçè ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò èõ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ, ÿ÷åéêè ïàìÿòè,áóäó÷è ÷àñòüþ ýòèõ êàíàëîâ è ÿâëÿÿñü ñïåêòðàëüíûìè ôèëüòðàìè, íå äîëæíû óõóäøàòü èõ ïðîïóñêíûå ñïîñîáíîñòè.
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êàê ïîòåíöèàëüíûå ýëåìåíòûêâàíòîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì, ÿ÷åéêè ïàìÿòè äîëæíû îáåñïå÷èâàòü áûñòðûéïðîöåññèíã, à çíà÷èò, îïåðèðîâàòü êîðîòêèìè èìïóëüñàìè.Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ , èñïîëüçóåìûå â ðàáîòå, âêëþ÷àþò îñíîâíûå ïîäõîäûêâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè. Àíàëèç êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà ïðîâîäèòñÿ â îñíîâíîì íà ÿçûêå îïåðàòîðíûõ óðàâíåíèé ÃàéçåíáåðãàËàíæåâåíà, óäîáíîì äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà èñïîëüçîâàíèÿ ïîëåé â èíôîðìàöèîííûõ ïðèëîæåíèÿõ. Ïîëóêëàññè÷åñêèå óðàâíåíèÿ ïîìîãàþò íàì îöåíèòü äèíàìèêó ñèñòåì. Êðîìå òîãî ìû ïîëüçóåìñÿ äèàãîíàëüíûìè ïðåäñòàâëåíèÿìè: ïðåäñòàâëåíèå Ãëàóáåðà îêàçûâàåòñÿ óäîáíûì äëÿ èçó÷åíèÿ ñòàòèñòèêè èçëó÷åíèÿ TROPOÂâåäåíèå11(ìû äåìîíñòðèðóåì åãî ïðåèìóùåñòâà ïåðåä ïîëîæèòåëüíûì -ïðåäñòàâëåíèåì äëÿýòîé çàäà÷è), à ïðåäñòàâëåíèå Âèãíåðà - äëÿ îöåíêè ÷èñòîòû êâàíòîâûõ ñîñòîÿíèé. ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîäè÷åñêè èíòåðåñíûé ïîäõîä ê äåòåêòèðîâàíèþ êâàäðàòóðíûõ êîìïîíåíò ÿðêîãî ìíîãîìîäîâîãî ñâåòà, ïîçâîëÿþùèé èçáåæàòü ñëîæíîñòåéãîìîäèííîãî ïðèåìà.
Íàì êàæåòñÿ óäà÷íûì ìåòîäîëîãè÷åñêèì ðåøåíèåì ââåäåíèåíåêàíîíè÷åñêèõ àìïëèòóä â çàäà÷å êâàíòîâîé ïàìÿòè, ïîçâîëÿþùèõ ñóùåñòâåííîóïðîñòèòü ðåøåíèå, íî ñîõðàíÿþùèõ åå èíòåðåñíûå êâàíòîâûå àñïåêòû.Íîâèçíà ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ:• Ïîñòðîåíà ïîëíîñòüþ êâàíòîâàÿ ìîäåëü ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà íà êâàíòîâûõ ÿìàõ - âèêñåëà - ñ ó÷åòîì íàëè÷èÿ äâîéíîãî ëó÷åïðåëîìëåíèÿ è äèõðîèçìàâ èçëó÷àþùåé ñðåäå. Ïðîàíàëèçèðîâàíà êâàíòîâàÿ ñòàòèñòèêà èçëó÷åíèÿ äëÿäâóõ êîíôèãóðàöèé (ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàçëè÷íîìó ñîîòíîøåíèþ ìåæäó ðåëàêñàöèîííûìè êîíñòàíòàìè), âñòðå÷àþùèõñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ, â çàâèñèìîñòè îòïàðàìåòðîâ ñðåäû, à òàêæå îò õàðàêòåðà åå âîçáóæäåíèÿ, è âûÿâëåíû óñëîâèÿäëÿ íàáëþäåíèÿ ïîëÿðèçàöèîííîãî ñæàòèÿ.
Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà íåñîñòîÿòåëüíîñòü ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé ìîäåëè ïðè îïèñàíèè øóìîâ èçëó÷åíèÿ.• Ïîñòðîåíà ìîäåëü òðåõìîäîâîãî íåâûðîæäåííîãî ïàðàìåòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà ñâåòà, ðàáîòàþùåãî â íàäïîðîãîâîì ðåæèìå, ñ èíæåêöèåé âíåøíåãî ñëàáîãîïîëÿ â ñèãíàëüíóþ è õîëîñòóþ ìîäû. Íàéäåíà òðåõìîäîâàÿ ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ êâàçè-âåðîÿòíîñòè ÷èñëà ôîòîíîâ Ãëàóáåðà, à òàêæå êîâàðèàöèîííûåìàòðèöû, ñîîòâåòñòâóþùèå ðàçëè÷íûì âàðèàíòàì íàáëþäåíèÿ. Ïðîàíàëèçèðîâàíà ñïåêòðàëüíàÿ ÷èñòîòà ñèñòåìû.
