Автореферат (1104560)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиБобров Иван БорисовичПространственные корреляции в бифотонныхи классических полях01.04.21 – Лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультета МГУимени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:д. ф.-м. н., профессор,ФГБОУ ВО «Московский государственныйуниверситет имени М.В.Ломоносова»Кулик Сергей ПавловичОфициальные оппоненты:д.

ф.-м. н., заведующий лабораторией,Физико-технологический институтРоссийской академии наук (ФТИАН)Богданов Юрий Иванович,д. ф.-м. н., профессор,Казанский физико-технический институтим. Е.К.Завойского КазНЦ РАНКалачев Алексей АлексеевичВедущая организация:ФГБОУ ВО Санкт-Петербургскийгосударственный университетЗащита состоится 11 мая 2017 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного сове­та Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносовапо адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, дом 1, стр. 62, корпус нели­нейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научной библиоте­ки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27), на сайте ФизическогоФакультета МГУ имени М.В. Ломоносова http://phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-31 и на сайте диссертационного совета http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/387244/Автореферат разослан «»2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31,кандидат физико-математических наук,доцентА.А.

КоновкоОбщая характеристика работыАктуальность темы исследования.На сегодняшний день большой интерес представляют квантовые системы высокойразмерности. Под размерностью квантовой системы здесь и далее в тексте диссертаци­онной работы подразумевается размерность гильбертова пространства состояний этойсистемы. Так, например, для квантового бита информации (кубита) данная размер­ность равна двум. Кубит является ключевым элементом в области квантовой связи иквантовой информации. Системы с размерностью гильбертова пространства состоянийбольше двух часто называют кудитами. В диссертационной работе рассматриваютсятолько оптические кудиты, наиболее удобные при использовании в задачах передачиинформации.

Твердотельные, сверхпроводящие, а также квантовые системы на основехолодных атомов и ионов в диссертации не рассматриваются.В настоящее время наибольшее прикладное применение из области квантовой ин­формации имеет направление квантовой криптографии. Помимо лабораторных образ­цов имеются также коммерчески доступные системы.

Основными характеристикамиквантовой криптографической системы являются критический уровень ошибок (по су­ти дальность линии связи, на которой система еще считается секретной) и скоростьгенерации совместного ключа. Все коммерческие системы, в силу относительной про­стоты реализации, используют кодирование на поляризационных или фазовых кубитах.Вместе с тем, как это было показано в работах [1–3], кодирование на основе кудитов об­ладает большей информационной емкостью, что увеличивает дальность передачи илиувеличивает скорость распределения секретного ключа в число раз, пропорциональноеразмерности кудита.Задача генерации квантовых систем высокой размерности является одной из клю­чевых в квантовой оптике. Одним из наиболее перспективных путей ее решения явля­ется использование непрерывных степеней свободы фотона, таких как волновой вектор(пространственные кудиты) или частота.

В качестве источника пространственных ку­дитов хорошо подходит процесс спонтанного параметрического рассеяния (СПР) [4]. Всилу закона сохранения импульса в данном процессе ярко выражены корреляции рож­даемых бифотонных пар по угловому направлению (попиксельное перепутывание) [5].С практической точки зрения, для получения высокой чистоты многомерногоквантового состояния, необходимо собирать генерируемое в процессе СПР излучениес малых телесных углов.

Это, в свою очередь, ведет к уменьшению полезного сигнала,эффективность которого составляет в среднем 102 бифотонов на милливатт накачки [6].3После подробного исследования спектра СПР оказалось [7], что эффективность генери­руемого пространственного квантового состояния, с сохранением его высокой чистоты,может быть сильно увеличена, если собирать излучение из определенных простран­ственных мод, называемых модами Шмидта.

При выполнении определенных экспери­ментальных условий данные пространственные моды в хорошем приближении совпада­ют с поперечными модами электромагнитного поля (TEM) в свободном пространстве.В зависимости от выбора базиса поперечные пространственные моды можно разделитьна моды Эрмита-Гаусса (при выборе декартовой системы координат) и на моды Ла­герра-Гаусса (при выборе полярных координат). В более общей классификации модыЭрмита-Гаусса (ЭГ) и Лагерра-Гаусса (ЛГ) являются частными случаями простран­ственных мод Инса-Гаусса при выборе эллиптического базиса [8, 9].В большинстве экспериментальных работах, использующих базис мод ЛГ, иссле­дуются свойства перепутанности системы по орбитальному угловому моменту, ради­альный индекс чаще всего не рассматривается [2, 10].

Такой подход практичен с точкизрения детектирования подобных систем, так как при регистрации углового моментаможно использовать упрощенный метод фазовых масок (подробное изложение методарассматривается в третей главе диссертации), но использование лишь азимутальногоиндекса существенно ограничивает максимальную размерность генерируемой кванто­вой системы. Существуют работы, показывающие что квантовые системы с перепуты­ванием по орбитальному угловому моменту становятся более устойчивы в турбулентнойатмосфере с ростом углового момента [11].

Также существуют исследования, демонстри­рующие возможность переноса перепутанности системы с поляризационных степенейсвободы фотона на его угловой момент.В диссертационной работе в основном используется базис мод Эрмита-Гаусса попричине удобства генерации и детектирования при наличии активной фазовой маски.Несмотря на использование базиса мод ЭГ все полученные результаты могут быть пе­ренесены на случай базисных мод Лагерра-Гаусса.При построении экспериментальной установки перед проведением измерений еенеобходимо откалибровать. Процедура калибровки такой установки на однофотонномуровне являет собой сложную экспериментальную задачу, в которой обычно требует­ся наличие эталонных однофотонных источников и откалиброванных приемников.

Насегодняшний день изготовление однофотонных источников (которые бы детерминисти­ческим образом испускали строго определенное число фотонов) является открытой экс­периментальной задачей квантовой оптики. Идея абсолютной калибровки детекторов,без использования эталонного источника или эталонного детектора принадлежит Дави­4ду Николаевичу Клышко [12]. Предложеный метод базируется на использовании источ­ника бифотонных пар на основе спонтанного параметрического рассеяния. Используятот факт, что в процессе СПР фотоны рождаются строго парами при наличии схемысовпадений можно измерить квантовую эффективность детектора без использованияэталонного детектора [13–16].

Данные эксперименты положили начало направлениюсамокалибрующихся методик, позволяющих получать информацию как о детектируе­мом состоянии, так и о характеристиках самого детектора [17, 18]. Например, в экспе­риментальной работе [19] была реализована самокалибрующаяся схема, позволяющаяодновременно восстанавливать угол поворота базиса измерений и матрицу плотности из­меряемых поляризационных состояний, в данной работе исследовались одно и двухфо­тонные поляризационные состояния. Использование самокалибрующихся методик длявосстановления пространственных состояний квантовых полей на сегодняшний день влитературе не упоминается.Одним из активных применений пространственно перепутанных пар фотонов,рождаемых в процесс СПР является наблюдение «скрытых» изображений [20].

Разви­тая экспериентальная база в настоящее время позволяет в реальном времени получать«скрытые» изображения с контрастом более 90%, при помощи камеры, работающей в ре­жиме регистрации одиночных фотонов [21], что может быть использовано для созданиячувствительных оптических сенсоров высокого разрешения. Термин «скрытые» исполь­зуется потому, что характерные пространственные распределения (изображения) воз­можно наблюдать лишь в корреляционной функции второго порядка по интенсивности,в то время как само распределение интенсивности не содержит никаких пространствен­ных черт изображения.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации