Автореферат (1150445), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Анализ результатов позволяетполучить ясные физические интерпретации. Результаты работы обсуждалась с коллегамив рамках научных семинаров, школ и конференций, а также опубликованы в ревьюируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях, школах, семинарах и воркшопах:п.• Городской межинститутский семинар по квантовой оптике при РГПУ им.
А.И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия, 2017).• X семинар имени Д.Н. Клышко (Москва, Россия, Апр. 23-25, 2017).• PICQUE Scientific School "Architectures for quantum photonic circuits"(Nice, France,Feb. 8-10, 2017).• Семинар кафедры Общей Физики I по квантовой оптике при СПбГУ (Санкт-Петербург,Россия, 2016).• Summer School 2016 (Quantum Information, Spintronics, Metamaterials) organized bythe Russian Quantum Center (Moscow, Russia, Aug. 22-27, 2016).• The workshop "Quantum Science: Implementations"(Benasque, Spain, Jul.
10-29, 2016).• 25th Annual Laser Physics Workshop (Yerevan, Armenia, Jul. 11-15, 2016).• IX международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2015»(Санкт-Петербург, Россия, Окт. 12-16, 2015).• International Workshop nonlinear photonics: theory, materials, applications (St.Petersburg,Russia, Aug. 24-26, 2011).Личный вклад. Основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично; выбор направления исследования, постановка и обсуждение рассматриваемыхзадач осуществлялись совместно с научным руководителем.6Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в следующих печатных изданиях:• A.D. Manukhova, K.S.
Tikhonov, T.Yu. Golubeva, and Yu.M. Golubev. Noiseless signalshaping and cluster-state generation with a quantum memory cell. // Phys. Rev. A, 2017, 96,023851.• A.D. Manukhova, K.S. Tikhonov, T.Yu. Golubeva, and Yu.M. Golubev. Preservation ofquantum correlations in a femtosecond light pulse train within an atomic ensemble. // Phys.Rev.
A, 2017, 95, 013801.• A.S. Sheremet, A.D. Manukhova, N.V. Larionov and D.V. Kupriyanov. Cooperative lightscattering on an atomic system with degenerate structure of the ground state. // Phys. Rev. A,2012, 86, 043414.• I.M. Sokolov, M.D. Kupriyanova, D.V. Kupriyanov, M.D. Havey. Light scattering andlocalization in an ultracold and dense atomic system. // Phys. Rev.
A, 2009, 79, 053405.Все публикации изданы в журналах, рекомендованных ВАК.Содержание работыВо введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, сформулированыцели и задачи диссертационной работы, а также отражены ее научная новизна, практическая значимость и основные защищаемые положения.
Кроме того, приводятся сведения опубликациях и апробации результатов.Первая глава посвящена обзору имеющейся научной литературы, отражающей современное состояние квантовой оптики и смежных с ней областей.В первой части литературного обзора были рассмотрены основные модели квантовыхпротоколов хранения информации, в основе которых лежат различные механизмы взаимодействия: эффект электромагнитной индуцированной прозрачности, квантовое неразрушающее измерение, рамановское взаимодействие в Λ-конфигурации, быстрая резонансная память, контролируемое обратимое неоднородное уширение и схемы с использованиематомного частотного комба [3].
Также были определены важные критерии для оценкикачества работы протокола квантовой памяти: эффективность (отношение числа фотоновпри считывании к числу фотонов при записи); многомодовость, отвечающая за количествонезависимых квантово-информационных каналов; широкополосность, которая обеспечивает скорость передачи и обработки информации в канале.Вторая часть литературного обзора посвящена описанию излучения оптического параметрического генератора, синхронно накачиваемого фемтосекундным лазером (SPOPO –Synchronously Pumped Optical Parametric Oscillator).
Было подробно рассмотрено устройство параметрического генератора, история его создания и описан процесс генерации выходного излучения. Были отмечены следующие квантовые особенности излучения SPOPO:во-первых, излучение обладает корреляциями на больших временах [8, 9]; во-вторых, найдено истинное число степеней свободы такого излучения - собственный базис мод такого7света, набор независимых сжатых мод, получивших название супермод. Профили этих модсоответствуют гладким функциям Эрмита-Гаусса, поэтому выходное излучение SPOPO(широкополосное и многомодовое) представимо в виде разложения по полиномам ЭрмитаГаусса. Подчеркнем, что несмотря на большое число спектральных компонент частотногокомба, число сжатых супермод оказалось вовсе не так велико – экспериментально былопродемонстрировано наличие шести сжатых супермод [17].
Теория же предсказывает наличие порядка ста сжатых независимых степеней свободы излучения [18].Последняя часть литературного обзора затрагивает вопросы квантовых вычислений.Были рассмотрены «традиционный» квантовый компьютер на унитарных преобразованияхи принципиально иной тип квантовых вычислений, получивших название однонаправленных вычислений (One-way/Measurement-based quantum computation).
Однонаправленныевычисления основаны на измерениях и этот тип квантовых вычислений является необратимым. Для реализации предполагается использование дополнительной системы, состоящейиз квантово-запутанных кубитов, получившей название кластерного состояния. Кластерные состояния представляют собой взаимосвязанные моды и могут быть описаны математическим графом, где узлам графа соответствуют подсистемы, отдельные моды многомодовой системы, а ребрам – квантовая запутанность между ними. Кластерное состояниеможно описать с помощью набора операторов, получивших название нуллифайеров [2].Утверждается, что с помощью локальных измерений можно не только «телепортировать»состояние исходной системы на узлы дополнительной, но также и производить над нимлюбые логические операции необходимые для работы универсального квантового компьютера.
При этом число квантово-запутанных кубитов кластерного состояния будет поэтапноуменьшаться, что делает процесс таких вычислений необратимыми или однонаправленным(one-way). Однако это никак не сказывается на его общей эффективности с точки зренияпроводимых с его помощью вычислений [19].Во второй главе рассмотрена задача о сохранении последовательности скоррелированных фемтосекундных импульсов на ансамбле неподвижных атомов с Λ-конфигурациейэнергетических уровней. В качестве механизма переноса квантового состояния поля на среду нами была выбрана схема рамановского взаимодействия полей с атомным ансамблем,поскольку эта модель памяти является широкополосной, что является принципиальнымтребованием при работе с излучением SPOPO.На рисунке 1 приведена принципиальная схема взаимодействия актуальных полей сатомами ансамбля.
Ансамбль холодных трехуровневых атомов протяженностью L вдоль~ˆs в присутствии сильного управоси z взаимодействует с квантовым сигнальным полем E~ d . Несущие частоты ωs и ωd сигнального и управляющеголяющего классического поля Eполей отстроены от резонанса с частотами cоответствующих атомных переходов ω13 и ω23на величину −∆ (∆ = ωs − ω13 = ωd − ω23 ).
В начальный момент времени все атомы с помощью оптической накачки приготовлены в основном состоянии |1i. Поляризации полейсогласованы таким образом, что сигнальное поле действует на переходе между уровнями|1i и |3i, а управляющее – на переходе между уровнями |2i и |3i. Уровень |3i мы счита-8Рис. 1: a) Схема энергетических уровней ансамбля атомов, взаимодействующего с гребенками сигнального и управляющего полей в рамановском протоколе памяти; b) частотныйпрофиль сигнального поля: ωc – спектральная ширина комба, ωrep – расстояние междузубцами гребенки, ω0 – уширение одиночного зубца; c) временной профиль сигнальногополя: TW – полная длительность периодической серии импульсов, T – значение периода,T0 – длительность одиночного импульса.ем короткоживущим, со временем жизни равным γ −1 .
Распадом нижних уровней |1i и |2iмы пренебрегаем, т.к. считаем их долгоживущими по сравнению со временем хранения впамяти.Мы решали одномерную пространственную задачу и рассматривали управляющее поле как сильную классическую, а сигнальное поле как слабую квантовую плоские волны.В качестве сигнального поля рассматривался частотный комб, полученный при помощипараметрического рассеяния света (излучение SPOPO). Поля сформированы в виде серииультракоротких импульсов и распространяются в положительном направлении оси z, причем импульсы сигнального поля оказываются скоррелированными на временах порядкавремени жизни фотонов в резонаторе. В частотном представлении такие поля имеют видчастотной гребенки шириной ωc (см.
рис.1), зубцы которой имеют уширение, зависящее отколичества импульсов в серии. В соответствии с данными экспериментов [20], в рассматриваемой модели мы приняли условие ωc |∆|, которое позволяет считать отстройку одинаковой для каждого из зубцов гребенки. Длительность одиночного импульса T0 и периодмежду импульсами T мы выбрали одинаковыми для управляющего и сигнального полей.При этом мы полагали, что T0 L/c T , так что в каждый момент времени в средеможет находиться не более одного импульса. Для описания атомной среды были введеныоператоры медленных амплитуд коллективных когерентностей и заселенностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
