Автореферат (1145376)
Текст из файла
Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåòÍà ïðàâàõ ðóêîïèñèÃîëóáåâà Òàòüÿíà ÞðüåâíàÃåíåðàöèÿ, ïåðåäà÷à è õðàíåíèåøèðîêîïîëîñíîãî ÿðêîãî èçëó÷åíèÿâ êâàíòîâîé îïòèêåè êâàíòîâîé èíôîðìàòèêåÑïåöèàëüíîñòü: 01.04.05 îïòèêàÀÂÒÎÐÅÔÅÐÀÒäèññåðòàöèè íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíèäîêòîðà ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÑàíêò-Ïåòåðáóðã2014Ðàáîòà âûïîëíåíà â Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîì ãîñóäàðñòâåííîì óíèâåðñèòåòåÎôèöèàëüíûå îïïîíåíòû:äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê,äîöåíò,Êóëèê Ñåðãåé Ïàâëîâè÷äîêòîð ôèç.-ìàò.
íàóê,ïðîôåññîð,Ñîêîëîâ Èãîðü Ìèõàéëîâè÷äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê,äîöåíò,Òðîøèí Àëåêñàíäð Ñåðãååâè÷Âåäóùàÿ îðãàíèçàöèÿ:Îáúåäèíåííûé Èíñòèòóòßäåðíûõ Èññëåäîâàíèé, ÄóáíàÇàùèòà ñîñòîèòñÿ2014 ã. â÷àñîâ íà çàñåäàíèè äèññåðòàöèîííî-ãî ñîâåòà Ä 212.232.45 ïî çàùèòå äîêòîðñêèõ è êàíäèäàòñêèõ äèññåðòàöèé ïðè ÑàíêòÏåòåðáóðãñêîì ãîñóäàðñòâåííîì óíèâåðñèòåòå, ïî àäðåñó: 198504, ã.
Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ïåòðîäâîðåö, Óëüÿíîâñêàÿ óë., ä.1, Ìàëûé êîíôåðåíö-çàë.Ñ äèññåðòàöèåé ìîæíî îçíàêîìèòüñÿ â áèáëèîòåêå èì. Ì.Ãîðüêîãî ÑÏáÃÓ.Àâòîðåôåðàò ðàçîñëàí2014 ã.Ó÷åíûé ñåêðåòàðü Ñîâåòà Ä 212.232.45ïî çàùèòå äîêòîðñêèõ è êàíäèäàòñêèõäèññåðòàöèé,äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê, äîöåíòÑóõîìëèíîâ Â. Ñ.Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàáîòûÀêòóàëüíîñòü ðàáîòû. Èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå êâàíòîâîé îïòèêè, à òàêæå ñòàíîâëåíèåêâàíòîâîé òåîðèè èíôîðìàöèè, ïðîèçîøåäøèå çà ïîñëåäíèå 20 ëåò, ñôîðìèðîâàëè ðÿä íàïðàâëåíèé, ïîëó÷èâøèõ ñàìîñòîÿòåëüíîå çâó÷àíèå.
Ïðåæäå âñåãî, ýòî ïðîáëåìà ãåíåðàöèèñîñòîÿíèé ñâåòà ñ çàäàííûìè íåêëàññè÷åñêèìè êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Äàëåå ìàíèïóëÿöèÿ òàêèìè ñîñòîÿíèÿìè: èõ ïåðåäà÷à íà òðåáóåìûå ðàññòîÿíèÿ, ïåðåíîñíà äðóãèå îáúåêòû, èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå íîñèòåëÿ èíôîðìàöèè è äð.  ýòîé ñâÿçè ïðèíÿòî ãîâîðèòü î êâàíòîâîì êàíàëå ñâÿçè (èëè èíà÷å, êâàíòîâîì èíôîðìàöèîííîìêàíàëå), êàê î ñèñòåìå ïåðåäà÷è/ïðåîáðàçîâàíèÿ èíôîðìàöèè, èñïîëüçóþùåé â êà÷åñòâåíîñèòåëÿ ñîîáùåíèé êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêèé îáúåêò [1].
Íàêîíåö, îòäåëüíîå ìåñòî çàíèìàåò ïðîáëåìà õðàíåíèÿ êâàíòîâîãî ñèãíàëà, ò.å ôîðìèðîâàíèå "ëèíèè çàäåðæêè" ñâåòà,ïîçâîëÿþùåé èçâëåêàòü íóæíîå êâàíòîâîå ñîñòîÿíèå ïî òðåáîâàíèþ.Èñòî÷íèêè íåêëàññè÷åñêîãî (ñæàòîãî, ïåðåïóòàííîãî) ñâåòà èãðàþò èñêëþ÷èòåëüíóþ ðîëü â çàäà÷àõ êâàíòîâîé îïòèêè. Èìåííî ñâîéñòâàìè èñòî÷íèêîâ îïðåäåëÿþòñÿ ïîòåíöèàëüíî äîñòèæèìûå êâàíòîâûå ýôôåêòû, îò íèõ çàâèñÿò îñîáåííîñòè ïîñòðîåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ñõåì ñ íåêëàññè÷åñêèì ñâåòîì.
Ïîñòðîåíèå êâàíòîâûõ ìîäåëåé äëÿ òàêèõèñòî÷íèêîâ íà÷àëîñü ñ ñåðåäèíû 80-õ ãîäîâ äâàäöàòîãî âåêà ñ ïåðâûõ äåìîíñòðàöèîííûõñõåì, óêàçûâàþùèõ íà ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü íàáëþäåíèÿ êâàíòîâûõ ýôôåêòîâ(ñì., íàïðèìåð, [26]). Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñæàòîãî è ïåðåïóòàííîãî ñâåòà îáû÷íî èñïîëüçóþò îäèí èç äâóõ ìåõàíèçìîâ: ïàðàìåòðè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå ôîòîíîâ â êðèñòàëëàõ ñêâàäðàòè÷íîé íåëèíåéíîñòüþ [7] èëè ñîçäàíèå ðåãóëÿðíîé ãåíåðàöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ(íàïðèìåð, ïóòåì ðåãóëÿðèçàöèè íàêà÷êè) [810]. Ïåðâûé èç ïåðå÷èñëåííûõ ìåõàíèçìîâïðåäïîëàãàåò âîçìîæíîñòü ìàíèïóëèðîâàíèÿ êàê ìàëîôîòîííûìè ïîëÿìè, òàê è ÿðêèìíåêëàññè÷åñêèì ñâåòîì ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåçîíàòîðà.
Ãåíåðàòîðû ñ ðåãóëÿðíîé íàêà÷êîé, áóäó÷è ïåðâûìè ñèñòåìàìè, â êîòîðûõ óäàëîñü ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷èòü èçëó÷åíèåñ ñóáïóàññîíîâñêîé ñòàòèñòèêîé [11], è ñåãîäíÿ îñòàþòñÿ íàèáîëåå íàäåæíûìè è îòíîñèòåëüíî ëåãêî ðåàëèçóåìûìè èñòî÷íèêàìè íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, èñïîëüçóåìûìè óæå íåòîëüêî â íàó÷íûõ ëàáîðàòîðèÿõ, íî è â êîììåð÷åñêèõ öåëÿõ [12].Áîëåå äåòàëüíîå èçó÷åíèå èñòî÷íèêîâ íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, à òàêæå âîïðîñûïðèìåíåíèÿ òàêîãî ñâåòà â ïðîòîêîëàõ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, âûäåëèëè, êàê îäèí èç âàæíåéøèõ àñïåêòîâ, ìíîãîìîäîâîñòü è øèðîêîïîëîñíîñòü èçëó÷åíèÿ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òîêàêèì áû íè áûë èñòî÷íèê ñâåòà, âûøåäøåå èçëó÷åíèå âñåãäà îáëàäàåò òîé èëè èíîé3ïîëîñîé èçëó÷åíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ó÷åò ýòîãî ôàêòîðà íåîáõîäèì äëÿ ïîñòðîåíèÿ àäåêâàòíûõ ôèçè÷åñêèõ ìîäåëåé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, îêàçàëîñü, ÷òî øèðîêîïîëîñíîñòü ñâåòà ïðåäîñòàâëÿåò äîïîëíèòåëüíûå èíôîðìàöèîííûå âîçìîæíîñòè äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ.Âîîáùå, óâåëè÷åíèå ÷èñëà ñòåïåíåé ñâîáîäû íîñèòåëÿ èíôîðìàöèè ìóëüòèïëèêàòèâíî óâåëè÷èâàåò èíôîðìàöèîííóþ åìêîñòü êàíàëà. Îäíàêî, äëÿ êâàíòîâîãî êàíàëà íåîáõîäèìîíå òîëüêî èìåòü èíôîðìàöèîííî åìêèé èñòî÷íèê ñèãíàëà, íî è îáåñïå÷èòü ïåðåäà÷ó ýòîéèíôîðìàöèè áåç äîáàâëåíèÿ êâàíòîâûõ øóìîâ, à çíà÷èò ñâåò, èñïîëüçóåìûé äëÿ ïîäàâëåíèÿ øóìîâ â êàíàëå, äîëæåí îáëàäàòü 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 óñèëåíèåäëÿ óâåëè÷åíèÿ äàëüíîñòè èõ ïåðåäà÷è, êâàíòîâûå ñèãíàëû íå ìîãóò áûòü óñèëåíû áåçäîáàâëåíèÿ øóìà (ýòî äèêòóåòñÿ òåîðåìîé î çàïðåòå êëîíèðîâàíèÿ êâàíòîâûõ ñîñòîÿíèé [1315]). Óñèëèÿ, ïðåäïðèíèìàåìûå äëÿ ïðåîäîëåíèÿ ýôôåêòîâ äåêîãåðåíöèè, ïîçâîëèëè íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ óâåëè÷èòü äàëüíîñòü ðàáîòû èíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ.
Òàê,åñëè â ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî ïåðåäà÷å êâàíòîâîãî êëþ÷à [16], âûïîëíåííûõ â 1992ãîäó, ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó èñòî÷íèêîì è ïðèåìíèêîì ñîñòàâëÿëî 30 ñì [17],òî íà íàñòîÿùèé ìîìåíò äàëüíîñòü ïåðåäà÷è ïðåâîñõîäèò 100 êì. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ïåðåäà÷è êâàíòîâûõ ñèãíàëîâ íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ ñâÿçûâàþò ñåãîäíÿ ñ èñïîëüçîâàíèåìêâàíòîâûõ ïîâòîðèòåëåé [1821] óñòðîéñòâ, ïîçâîëÿþùèõ ðàçäåëèòü áîëüøîå ðàññòîÿíèå íà êîðîòêèå ñåãìåíòû, ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé êâàíòîâûì ïåðåïóòûâàíèåì. Êëþ÷åâûì ìîìåíòîì äëÿ ðåàëèçàöèè òàêèõ ïîâòîðèòåëåé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ÿ÷ååê êâàíòîâîéïàìÿòè [22, 23], ïîçâîëÿþùèõ õðàíèòü ïåðåïóòàííûå ñîñòîÿíèÿ íà êàæäîì èç ñåãìåíòîâäî îïðåäåëåííîãî ìîìåíòà.
Ïðè ýòîì òðåáîâàíèÿ, ïðåäúÿâëÿåìûå ê ÿ÷åéêàì ïàìÿòè âðàìêàõ êîíöåïöèè êâàíòîâûõ ïîâòîðèòåëåé î÷åíü âûñîêè: îïåðèðóÿ â êâàíòîâîì ðåæèìå,îíè äîëæíû 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 [24, 25]. Îäíàêî, êàê èçâåñòíî, ñíèæåíèå ãðóïïîâîé ñêîðîñòè ñâåòà çà ñ÷åò ïîâûøåíèÿ äèñïåðñèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ íåèçáåæíîñîïðîâîæäàåòñÿ ñóæåíèåì ðàáî÷åé ïîëîñû ÷àñòîò, à çíà÷èò, è ñíèæåíèåì èíôîðìàöèîííîé åìêîñòè ñîîòâåòñòâóþùåãî îïòè÷åñêîãî êàíàëà ñâÿçè [26]. Íà ñåãîäíÿ, âîïðîñ îá4ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû êâàíòîâîé ïàìÿòè îáñóæäàþò â ñîâîêóïíîñòè ñ âîïðîñîì î åå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè [27].
Âñå èçëîæåííîå âûøå ãîâîðèò îá àêòóàëüíîñòè òåìû äàííîãîäèññåðòàöèîííîãî èññëåäîâàíèÿ.Âî ââåäåíèÿõ ê êàæäîé èç ãëàâ äèññåðòàöèè ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âûñîêàÿ ñòåïåíüðàçðàáîòàííîñòè íàïðàâëåíèé èññëåäîâàíèÿ.Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå ÿðêèõ øèðîêîïîëîñíûõ èëè ìíîãîìîäîâûõ âïðîñòðàíñòâå è/èëè âðåìåíè ñâåòîâûõ ïîëåé â ñæàòîì è ïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè è àíàëèçèõ ïðèìåíèìîñòè â èíôîðìàöèîííûõ ïðîòîêîëàõ; îáñóæäåíèå âñåãî êîìïëåêñà âîïðîñîâîò ãåíåðàöèè òàêèõ ïîëåé (ñ ðàçëè÷íûìè êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè), èñïîëüçîâàíèÿ øèðîêîïîëîñíûõ ñâåòîâûõ ïîëåé â êâàíòîâûõ èíôîðìàöèîííûõ êàíàëàõ (â ïðîòîêîëàõ êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ è òåëåïîðòàöèè), äî èõ õðàíåíèÿ â ÿ÷åéêàõêâàíòîâîé ïàìÿòè.Äëÿ äîñòèæåíèÿ ýòîé öåëè áûëè ïîñòàâëåíû è ðåøåíû ñëåäóþùèå êîíêðåòíûåçàäà÷è:1. Íàéòè êâàíòîâûå ñèñòåìû ñïîñîáíûå ãåíåðèðîâàòü ÿðêèé øèðîêîïîëîñíûé ñâåò ñíåêëàññè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè.
Ïîñòðîèòü êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå ìîäåëè òàêèõ ñèñòåì è ïîëó÷èòü ïîëíîå òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå èõ õàðàêòåðèñòèê â ðàìêàõ àïïàðàòàêâàíòîâîé 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 íàñëó÷àé ìíîãîìîäîâîãî è øèðîêîïîëîñíîãî ñâåòà, íàéòè è îöåíèòü àäåêâàòíûå èíôîðìàöèîííûå ìåðû, õàðàêòåðèçóþùèå êà÷åñòâî ðàáîòû ïðîòîêîëîâ.3.
Ïîñòðîèòü ìîäåëü êâàíòîâîé ïàìÿòè, ïðèãîäíóþ äëÿ ñîõðàíåíèÿ øèðîêîïîëîñíîãî èïðîñòðàíñòâåííî ìíîãîìîäîâîãî íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà. Îöåíèòü âîçìîæíîñòè ñîõðàíåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ èíôîðìàöèîííûõ õàðàêòåðèñòèê òàêîãî ñâåòà. Àïðîáèðîâàòüìîäåëü íà ïðèìåðå èçëó÷åíèÿ îò êîíêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ.Ïðàêòè÷åñêàÿ çíà÷èìîñòü ðàáîòû îáóñëîâëåíà ïðåæäå âñåãî ðàñòóùèìè ïîòðåáíîñòÿìè êâàíòîâîé èíôîðìàòèêè.  ýòîé ñâÿçè ìû ñòàðàëèñü ïåðåêèíóòü ìîñò îò òðàäè5öèîííûõ ïîäõîäîâ êâàíòîâîé îïòèêè ê èíôîðìàöèîííûì îöåíêàì èññëåäóåìûõ ñèñòåì.Ìû ñäåëàëè àêöåíò íà çàäà÷àõ, îáåñïå÷èâàþùèõ óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðàáîòû èíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ è èõ åìêîñòè.
Èñïîëüçîâàíèå ïðîñòðàíñòâåííî ìíîãîìîäîâîãî ñâåòà äåëàåò âîçìîæíûì ðàñïðîñòðàíåíèå åñòåñòâåííîãî îïòè÷åñêîãî ïàðàëëåëèçìà, ïðèñóùåãîêâàíòîâûì èçîáðàæåíèÿì, íà êâàíòîâî-èíôîðìàöèîííûå ïðèëîæåíèÿ. Ïîäîáíàÿ àíàëîãèÿ íàïðàøèâàåòñÿ è äëÿ øèðîêîïîëîñíûõ (îòíîñèòåëüíî âðåìåííîé ïåðåìåííîé) ïîëåé.Ñëåäóåò îòäåëüíî âûäåëèòü âàæíîñòü îïåðèðîâàíèÿ øèðîêîïîëîñíûìè (êîðîòêèìè) èìïóëüñàìè â çàäà÷àõ êâàíòîâîé ïàìÿòè. ß÷åéêè êâàíòîâîé ïàìÿòè ðàññìàòðèâàþòñÿ íàñåãîäíÿ 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 ñïåêòðàëüíûìèôèëüòðàìè, íå äîëæíû óõóäøàòü èõ ïðîïóñêíûå ñïîñîáíîñòè.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
