![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Научно-исследовательская работа посвящена решению актуальных задач спектроскопии, квантовой и статистической оптики и их применению для развития квантовых технологий. Планируемое в 2021г. исследование нацелено на: 1. Исследование неклассических свойств коррелированных фотонов оптических и терагерцовых частот, генерируемых в процессе параметрического рассеяния света. Разработку экспериментальных схем для применения оптико-терагерцовых бифотонов в квантовой фотометрии и спектроскопии дисперсионных параметров материалов в терагерцовом диапазоне частот. 2. Исследование новых схем и материалов для эффективной лазерно-индуцированной генерации и детектирования излучения терагерцового диапазона частот. Разработку методов терагерцовой спектроскопии. 3. Разработку методов адаптивной томографии состояний высокой (d>2) размерности. Разработку адаптивных интегрально-оптических схем на основе литографической технологии. 4. Создание квантовых регистров из атомов рубидия с индивидуальным доступом, массивов из микродипольных ловушек и систем преобразования/управления оптического излучения, подводимого к этим ловушкам. На заключительной стадии проекта ставятся цели развития основных взаимосвязанных направлений/технологий, позволяющих эффективно решать проблемы разработки квантовых вычислительных систем: 1). Технологии эффективного управления изолированными атомными системами и создания вычислительных регистров на их основе; 2). Технологии цифровых и аналоговых квантовых симуляторов на основе оптических и атомных систем. Объединяющим элементом проекта станет универсальная архитектура управляющей системы, которая позволит исполнять один и тот же квантовый алгоритм (программный код) на квантовых вычислителях, реализованных как на атомных, так и на фотонных системах.
The research work is subjected to actual problems of spectroscopy, quantum and statistical optics and their application for the development of quantum technologies. The planned study is aimed in 2021 at 1. Investigation of the non-classical properties of correlated photons of optical and terahertz frequencies generated in the process of parametric down-conversion. The development of experimental schemes for the use of optical terahertz biphotons in quantum photometry and spectroscopy of the dispersion parameters of materials in the terahertz frequency range. 2. The study of new schemes and materials for efficient laser-driven generation and detection of radiation in the terahertz frequency range. The development of methods of terahertz spectroscopy. 3. Development of methods for adaptive tomography of states of high (d> 2) dimension. Development of adaptive integrated optical circuits based on lithographic technology. 4. Creation of quantum registers from rubidium atoms with individual access, arrays from microdipole traps and optical radiation conversion / control systems supplied to these traps.
1. Будет показано, что применение нелинейного обобщенного закона Кирхгофа позволяет рассчитывать корреляционные свойства оптико-терагерцовых бифотонов, генерируемых при спонтанном параметрическом рассеянии света, с учетом наличия классических тепловых флуктуаций поля и частичного поглощения кристаллом излучения терагерцовых частот. Будут определены зависимости корреляционной функции второго порядка от температуры, коэффициентов поглощения, значений линейных и нелинейных дисперсионных параметров кристалла. Будут исследованы оптимальные условия детектирования терагерцового излучения и корреляции фотонов в потоках излучения оптических и терагерцовых частот, генерируемых при параметрическом рассеянии света в режиме сильного частотного рассогласования. Будут получены аналитические выражения для зависимости корреляционной функции оптико-терагерцовых бифотонов от частоты, температуры, числа регистрируемых мод, параметров накачки и нелинейного кристалла. Будут разработаны методы и схемы для безэталонной калибровки чувствительности и квантовой эффективности аналоговых детекторов излучения, основанные на анализе показаний детекторов при измерении статистических параметров параметрического рассеяния света. Будет проведен теоретический расчет собственных азимутальных мод и величины корреляции между сигнальным оптическим и терагерцовым холостым излучением, генерируемым при сильно невырожденном параметрическом рассеянии света. В 2023 г. в этой части исследования планируется получение следующих новых результатов: 1.1. Будут определены условия детектирования высокого уровня квантовых корреляций между оптическими и терагерцовыми фотонами при генерации оптико-терагерцовых бифотонных полей. 1.2. Будет проведено теоретическое исследование матрицы рассеяния, определяющей связь между входными модами терагерцового излучения и холостыми терагерцовыми и сигнальными оптическими модами выходного рассеянного излучения при параметрическом преобразовании. 1.3. Будут продемонстрированы способы получения и численного моделирования гистограмм статистических распределений показаний сверхпроводникового терагерцового болометра. Будут определены параметры однофотонного отклика болометра. 2. Будут разработаны фотопроводящие антенны для генерации терагерцовых волн от фемтосекундной и пикосекундной лазерной накачки на длине волны 1.56 мкм на основе тонких пленок низкотемпературного и высокотемпературного InGaAs, выращенных на подложках GaAs с ориентацией кристаллографических осей <111> A и <100>. Исследованы параметры и условия функционирования фотопроводящих антенн на основе полупроводниковых пленок InGaAs и гетероструктур InGaAs/InAlAs для схем импульсной терагерцовой спектроскопии. Будет разработан и применен метод терагерцовой эмиссионной спектроскопии для исследования свойств пленок топологических изоляторов на основе халькогенидов висмута и сурьмы. Будут продемонстрированы фотопроводящие излучающие антенны на основе островковых пленок топологических изоляторов. Будет проведено исследование температурной зависимости проводимости топологических изоляторов на основе халькогенидов висмута и сурьмы в широком температурном диапазоне 4-300 К и определены условия фазового перехода в сверхроводящее состояние. В 2023 г. в этой части исследования планируется получение следующих новых результатов: 2.1. Будут определены экспериментальные условия повышения эффективности генерации терагерцового излучения в плазмонных фотопроводящих антеннах, выполненных на базе топологических изоляторов - пленок халькогенидов висмута и сурьмы. 2.2. Будет исследована возможность увеличения эффективности преобразования в третью терагерцовую гармонику в пленках топологических изоляторов за счет создания плазмонных решеток на поверхности пленок халькогенидов висмута и сурьмы. 3. Будут апробированы различные фиксированные и адаптивные алгоритмы управления квантовыми состояниями света, реализованных на пространственных и поляризационных модах в оптических чипах. Будут созданы программируемые оптические чипы и исследованы основные механизмы управления квантовыми состояниями света, распространяющимися в таких чипах. В 2023 г. в этой части исследования планируется получение следующих новых результатов: 3.1. Будет разработана аппаратура генерации квантовых ключей через атмосферный канал на основе поляризационного кодирования (модифицированный протокол ВВ84). Будет разработан аппаратный и программный интерфейс, позволяющий задействовать ключи шифрования, полученные по атмосферному каналу в оптоволоконных шифраторах. 3.2. Будет обоснован метод поляризационного кодирования и произведен анализ секретности протокола, используемого в системе космической квантовой связи между малыми спутниками и наземными стационарными терминалами. 3.3. Будет задействовано и протестировано оригинальное программное обеспечение, позволяющее выполнять удаленный доступ как к симуляторам квантовых вычислительных устройств на основе нейтральных атомов в микродипольных ловушках и фотонных чипах, так и к самим вычислителям. Полученные результаты будут важны для создания новых устройств диагностики, спектроскопии, построения изображений в терагерцовых лучах, для применения квантовых вычислительных технологий, для развития систем передачи информации по оптическим и терагерцовым каналам связи.
Коллектив участников НИР имеет многолетний опыт разработки методов спектроскопии на основе параметрического рассеяния света и рассеяния света на поляритонах. Исследованы нелинейная дифракция при параметрическом рассеянии в квазисинхронных структурах. Опубликованы результаты диагностики кристаллов с периодически поляризованной структурой, развита теория нелинейно-оптических процессов преобразования частоты, приводящих к генерации и детектированию терагерцовых волн, рассмотрены перспективы использования апериодически поляризованных сред. Исследовались теоретические и экспериментальные основы методов абсолютной квантовой фотометрии. Позже, в процессе работ по квантовой фотометрии терагерцового излучения, были начаты исследования по продвижению квантово-оптических представлений в терагерцовую область, изучению возможности создания генераторов однофотонных терагерцовых состояний, бифотонных оптико-терагерцовых пар. В области томографии квантовых состояний и квантовых процессов создан существенный задел. Исследования, в основном, проводились на двух типах квантовых состояний – поляризационных (размерность D=2, 3 и 4) и пространственных (размерность вплоть до нескольких сотен). В основе разрабатываемых томографических методов – критерии полноты, адекватности и точности, разработанные совместно с сотрудниками физико-технологического института РАН имени К.А.Валиева. Результаты опубликованы в ведущих тематических журналах (Physical Review Letters, Physical Review A и др.). В области квантовых вычислений задел основывается на успешном выполнении ряда крупных проектов Фонда перспективных исследований. Разработаны подходы для преобразования и измерения квантовых состояний света, локализованного в оптических волноводах, а также управления состояниями одиночных атомов (рубидия) в оптических дипольных микро-ловушках. Фактически создана основа для построения квантовых вычислительных устройств на базе фотонных чипов и массивов нейтральных атомов.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
14 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 4.1. Теоретически и экспериментально показано, что поляризационная функция квазивероятности проявляет неклассические свойства (сингулярность и отрицательность) для любых состояний светового поля. Это связано с определением поляризационной функции квазивероятности в терминах дискретнозначных операторов Стокса. Сингулярности и отрицательные значения неизбежно возникают при реконструкции квазивероятности из экспериментальных распределений фотоотсчетов однофотонных детекторов (т.н. поляризационной квантовой томографии). Поляризационная квантовая томография реализована в эксперименте для слабого когерентного состояния. Предложены алгоритмы, позволяющие свести к минимуму артефакты обработки данных. 4.2. На основе нелинейного интерферометра, состоящего из двух последовательно расположенных кристаллов, в которых происходит параметрическое рассеяние с высоким коэффициентом параметрического усиления, создан источник яркого сжатого вакуума с изменяемым числом поперечных мод. Число мод зависит от расстояния между кристаллами и достигает 1.1 в минимуме. Теоретически и экспериментально показано, что при помещении в пространство между кристаллами диспергирующей среды изменяется и число продольных мод. Наблюдается сужение спектра генерации, причем ширина спектра обратно пропорциональна дисперсии групповой скорости и длине среды. 4.3 Наблюдалось гигантское усиление пучков-близнецов при параметрическом рассеянии в направлении поперечного сноса накачки, а также на длине волны, где выполнено условие согласования групповых скоростей накачки и сигнальнойго излучения. В результате интенсивность обоих пучков увеличивается более чем на 2 порядка, а их расходимость уменьшается до близкой к дифракционной. 4.4 С помощью матричного однофотонного детектора (ICCD камеры) исследовано излучение коллоидных квантовых точек CdS/CdSe и их кластеров. Показано, что количество точек в кластере можно определить по величине нормированной корреляционной функции второго порядка. Наблюдалось выполнение признаков неклассичности Клышко в терминах корреляционных функций высших порядков. 4.4. Исследованы нелинейно-оптические схемы, предназначенные для детектирования непрерывного терагерцового излучения и измерения спектральной яркости фотомиксеров неперывного действия в диапазоне частот 0.4 - 2 ТГц. 4.5. Проведено экспериментальное сравнение эффективностей когерентных и некогерентных схем детектирования импульсного терагерцового излучения. Показано, что эффективность пробно-энергетической схемы когерентного электро-оптического детектирования может быть увеличена более чем на порядок величины благодаря спектральной фильтрации пробных лазерных импульсов. 4.6. Проведен теоретический анализ условий, необходимых для наблюдения перепутанных состояний поля оптических и терагерцовых частот при частотно-вырожденном параметрическом рассеянии света. Рассмотрено поведение корреляционной функции оптико-терагерцовых бифотонов и фактора подавления шума разностного фототока при различных температурах в зависимости от параметров нелинейного кристалла и излучения накачки. Показано, что основным фактором, определяющим возможность наблюдения неклассических свойств оптико-терагерцовых бифотонных полей является температура термостата, в котором находятся кристалл и детекторы. Пороговая температура зависит от коэффициента поглощения кристалла на частоте терагерцового поля и в большинстве случаев не превышает 10К. 4.7. Разработаны и апробированы методы адаптивной квантовой томографии на основе байесовского подхода. Методы апробированы на примере квази-однофотонных поляризационных состояний света. Показано существенное увеличение скорости сходимости оценки точности восстанавливаемых состояний при росте числа измерений N - в соответствии с теоретическими оценками (порядка N-1) 4.8. Разработаны методы управления пространственными корреляциями двухфотонных и тепловых полей на основе мод Шмидта и когерентных мод. Методики апробированы для двадцати низших пространственных мод Эрмита-Гаусса. 4.9 Разработаны методы получения двухфотонных полей с широким (до 160ТГц) спектром. Одна методика основана на введение пространственного градиента показателя преломления вдоль кристалла, в котором генерируются бифотоны. Градиент возникает за счет электро- и термооптического эффектов. Вторая методика основана на введении в излучение спонтанного параметрического рассеяния частотно-угловой дисперсии (дифракционной решетки). Адекватность обеих моделей подтверждена экспериментами. 4.10. Создан макет системы квантовой релятивистской криптографии, в котором секретность распределенных ключей гарантируется не только законами квантовой механики, но и специальной теорией относительности. Макет обеспечивает распределение ключей на расстоянии не менее 50 м с тактовой частотой 20 кГц. | ||
15 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 4.1. Исследован оптический отклик сегнетоэлектрических кристаллов Mg:LiNbO3 с различной концентрацией примеси Mg и поляронных состояний в терагерцовом диапазоне частот 0.1 – 3 ТГц. Показано, что существенное снижение коэффициента поглощения терагерцовых волн при легировании кристаллов ниобата лития ионами Mg вызвано изменением дефектной структуры и уменьшением связи поляритонов с релаксационной модой Дебая. 4.2. Исследовано влияние эффектов рассеяния терагерцовых волн в пространственно-неоднородных смесях на временные формы и спектры сигналов терагерцовой спектроскопии временного разрешения. Разработана схема анализа данных терагерцовой спектроскопии временного разрешения для дистанционной диагностики состава гранулированных материалов. 4.3. Предложен и реализован новый подход при электрооптическом детектировании терагерцовых волн, основанный на спектральной фильтрации излучения оптической накачки детектора. Продемонстрировано увеличение спектральной чувствительности детектирования более чес на порядок величины на частотах свыше 2 ТГц. 4.4 Реализован метод получения двухфотонных полей с широким (до 120ТГц) спектром в одной пространственной моде. Метод основан на введении в излучение спонтанного параметрического рассеяния частотно-угловой дисперсии (дифракционной решетки). 4.5. Создан макет генератора случайных чисел. Макет обеспечивает генерацию случайной битовой последовательности со скоростью 1.2Мб/с. 4.6. Разработан и апробирован метод генерации пространственных состояний Белла на основе управления пространственным спектром накачки в процессе спонтанного параметрического рассеяния света. Существенной особенностью метода является отсутствие пост-селекции генерируемых состояний. 4.7. Предложен и реализован метод нелинейной спектроскопии, основанный на трехфотонной интерференции. Метод апробирован на газовых смесях N2 и CO2. 4.8. Собрана установка для гомодинного детектирования яркого сжатого вакуума. Проведены тестовые измерения с двухмодовым когерентным светом. 4.9. Теоретически и экспериментально исследованы корреляции по числам фотонов в ярких квантовых состояниях света, получаемых за счет параметрического рассеяния и четырехволнового смешения с высоким коэффициентом параметрического усиления. Важное преимущество таких состояний – их многомодовая структура, а также отсутствие классической (когерентной) компоненты. Все это делает их интересными для передачи квантовой информации с высокой емкостью. Для теоретического описания таких состояний использован полностью аналитический подход на основе мод Шмидта. Подход применим с режиме как малого, так и большого коэффициента параметрического усиления и хорошо описывает результаты экспериментов с яркими пучками (число фотонов на моду до 1010). 4.10. В нелинейном интерферометре Майкельсона при помещении в одно из плеч диспергирующей среды (20-сантиметрового стержня стекла SF57) наблюдалось 20-кратное сужение спектра яркого сжатого вакуума. При этом по величине нормированной корреляционной функции второго порядка было измерено число продольных мод, составившее 1.8. 4.11. Реализована проекционная фильтрация одной моды из пространственного спектра яркого сжатого вакуума. В качестве фильтра использовалось одномодовое оптическое волокно. Качество фильтрации оценивалось по измеренному пропусканию для излучения параметрической сверхлюминесценции. | ||
16 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1. Разработана и собрана экспериментальная установка для гомодинного детектирования яркого сжатого вакуума. Проведены калибровочные измерения с когерентным полем. Исследована роль модового состава детектируемого излучения. Показано, что за счет наличия мод, не согласованных с излучением гомодина, появляется шум. Однако его величину можно уменьшить за счет увеличения амплитуды гомодина. 2. На основе нелинейного интерферометра майкельсоновского типа, в который помешена среда с дисперсией групповой скорости, создан источник яркого сжатого вакуума с изменяемым числом продольных (частотных) мод. Число мод зависит от величины дисперсии и длины среды и изменяется от 60 (в отсутствии диспергирующей среды) до 1.8 (при наличии 40 см стекла SF57). Наблюдается сужение спектра генерации, причем ширина спектра обратно пропорциональна дисперсии групповой скорости и длине среды. 3. На основе эффекта гигантского усиление пучков-близнецов при параметрическом рассеянии в направлении поперечного сноса накачки создан перестраиваемый источник импульсного излучения в области спектра 1.3-2 мкм. 4. Исследовано влияние образования поляронов и эффектов фоторефракции при воздействии оптических импульсов фемтосекундной длительности на сегнетоэлектрические кристаллы. Обнаружено ранее не наблюдавшееся явление конической неустойчивости в схеме с одним пучком накачки в фоторефрактивном кристалле-сегнетоэлектрике Sn2P2S6 (SPS) при облучении фемтосекундными импульсами лазерной накачки на длинах волн 0.7-1 мкм. Показано, что в определенном интервале изменения средней мощности накачки (от 180 МВт/см2 и выше) падающее излучение полностью рассеивается в узкие конусы с углами, непосредственно зависящими от интенсивности накачки. 5. Разработана компактная схема импульсной терагерцовой спектроскопии для исследования дисперсионных характеристик кристаллов и диагностики состава порошкообразных и гранулированных материалов. Исследованы схемы генерации и детектирования для установок импульсной терагерцовой спектроскопии, работающих на основе малогабаритных волоконных лазерных источников фемтосекундной накачки. Показано, что оптимальной схемой генерации терагерцовых волн методом оптического выпрямления фемтосекундных импульсов на длине волны 1.56 мкм является черенковская схема на основе кристаллов LiNbO3:Mg с боковым призменным выведением терагерцового излучения. Спектр излучения при маломощной накачке от фемтосекундного волоконного Er3+-лазера с энергией в импульсе порядка 3 нВт занимает диапазон 0.1- 1ТГц. 6. Исследованы спектры терагерцового излучения, генерируемого эпитаксиальными плёнками LT-InGaAs при накачке фемтосекундным волоконным Er3+-лазером на длине волны 1.56 мкм. Обнаружено, что генерация терагерцового излучения слоями LT-InGaAs на подложках InP (411)A в 3–5 раз эффективнее, чем такими же слоями на подложках InP (100). 7. На примере детектирования излучения от лавинно-пролетного диода впервые экспериментально продемонстрирована возможность нелинейно-оптического детектирования терагерцового излучения в отсутствие какого-либо согласования фаз излучения источника и оптической накачки детектора. Анализ спектров спонтанного параметрического рассеяния накачки показал принципиальную возможность частотно-селективного детектирования излучения в диапазоне до 2 ТГц и выше путем измерения оптических сигналов на разностных (стоксовых) и суммарных (анти-стоксовых) частотах.. 8. Разработаны методы изготовления активных интегральных термооптических фазовращателей и сопутствующей управляющей электроники. Продемонстрирован образец активного интегрального термооптического элемента и проведена калибровка его параметров. 9. Разработана методика томографии состояния оптического кудита, закодированного в базисе чисел заполнения мод волноводов, расположенных на оптическом чипе. 10. Разработаны и протестированы методы приготовлением тепловых состояний за вычетом N фотонов. Методом квантовой томографии измерены получившиеся состояния вплоть до N=10 c точностью idelity) не хуже 98%. 11. Измерена экстинкция одиночного атома рубидия Rb87, захваченного в микродипольную ловушку. 12. Разработаны методы адаптивной томографии состояний высокой (d>2) размерности. | ||
17 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1 При генерации 4й оптической гармоники и суперконтинуума от излучения параметрического рассеяния света получено гигантское усиление флуктуаций интенсивности. Измерены значения корреляционной функции второго порядка, достигающие 100 и 150, соответственно. Наблюдалось распределение числа фотонов по степенному закону с показателем около 2, характерное для так называемых «экстремальных событий», для которого не определены моменты начиная со второго. 2 Исследован спектр орбитального углового момента для яркого сжатого вакуума на выходе интерферометра SU(1,1), составленного из 2х параметрических усилителей (ПУ) без подсветки. Показано, что формой спектра можно управлять, меняя расстояние между кристаллами и мощность накачки. 3 При параметрическом рассеянии в апериодически поляризованном кристалле ниобата лития наблюдались яркие пучки-близнецы с экспоненциальной зависимостью числа фотонов в зависимости от мощности накачки. Показатель экспоненты при этом пропорционален мощности, а не амплитуде накачки, как в случае однородных кристаллов. 4 Показано, что эффект конической дифракции при формировании фотоиндуцированных решеток в фоторефрактивных кристаллах объясняется усилением слабых мод рассеянного света в поле двух сильных пучков накачки (прямого и возникающего в кристалле обратного) в направлениях, в которых два фазовых набега - обусловленные фоторефрактивной модуляцией показателя преломления и ненулевой поперечной компонентой волнового вектора - компенсируют друг друга. 5 Показано, что спектры пропускания порошкообразных материалов характеризуются более высокой чувствительностью к наличию молекулярных резонансов веществ, чем спектры отражения. Измерена дисперсия диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрического кристалла Sn2P2S6в терагерцовом диапазоне частот для волн с поляризацией, ортогональной поляризации мягкой моды. Развита теория некогерентного детектирования терагерцовых волн в нелинейном кристалле в многомодовом режиме под действием непрерывного лазерного возбуждения. 6 Разработаны фотопроводящие антенны для генерации терагерцовых волн от фемтосекундной и пикосекундной лазерной накачки на длине волны 1.56 мкм на основе тонких пленок низкотемпературного и высокотемпературного InGaAs, выращенных на подложках GaAs с ориентацией кристаллографических осей <111> A и <100>. 7 Разработаны методы преобразования статистики многомодового излучения на оптических чипах. Разработан и изготовлен чип, выполняющий произвольное унитарное преобразование размерности 4х4 (четыре входа, четыре выхода). Преобразователь включает 12 последовательных интерферометров и допускает подстройку фаз в плечах интерферометров. 8 Разработаны методы получения изображения одиночного атома, захваченного в микродипольную ловушку, а также одномерных и двумерных массивов атомов. Использованы атомы рубидия, оптические потенциалы создаются при помощи пространственных преобразователей света (SLM). | ||
18 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1. При генерации суперконтинуума от излучения параметрического рассеяния света (яркого сжатого вакуума) для числа фотонов получено распределение Парето с показателем 1.3. Для данного излучения проведен эксперимент по «вычитанию фотонов», приводящий к росту среднего числа фотонов в 170 раз. Полученные результаты свидетельствуют о сильной нестационарности исследуемого состояния света. 2. Реализована схема «широкоуклового» интерферометра SU(1,1), в котором излучение однопроходного параметрического усилителя (ПУ) без подсветки с помощью системы линз проецируется на второй такой же усилитель. Продемонстрирован широкий спектр орбитального углового момента, не зависящий от фазы интерферометра. С помощью интерферометра измерено квадратурное сжатие на выходе первого ПУ в зависимости от угла излучения. Максимальная величина сжатия составила 3.9 дБ. 3. При параметрическом рассеянии в апериодически поляризованном кристалле ниобата лития наблюдались яркие пучки-близнецы с шириной спектра 40 ТГц, что в 30 раз превышает ширину спектра в периодически поляризованном образце той же длины. С ростом интенсивности накачки наблюдается уширение спектров, что объясняется эффектом истощения накачки. 4. Исследованы различные варианты схем импульсной терагерцовой спектроскопии непрозрачных объектов: пассивных - основанных на измерении спектров отраженного излучения, и активных – основанных на исследовании эмиссионных свойств под действием фемтосекундной лазерной накачки. Методом импульсной терагерцовой спектроскопии измерены частотные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости и коэффициентов отражения терагерцового излучения от сегнетоэлектрика-полупроводника Sn2P2S6, определено поведение терагерцовых дисперсионных параметров и фононных резонансов разностных частот при приближении температуры кристалла к температуре сегнетоэлектрического фазового перехода. 5. Исследованы параметры и условия функционирования фотопроводящих антенн на основе полупроводниковых пленок InGaAs и гетероструктур InGaAs/InAlAs для схем импульсной терагерцовой спектроскопии. Экспериментально подтверждено, что для повышения эффективности антенн данного типа оптимально использование пленок на подложках арсенида галлия с нетрадиционной кристаллографической ориентацией <111>. Показано, что наблюдаемое усиление терагерцового поля связано с увеличением количества антиструктурных ловушек AsGa+. Разработан и применен метод терагерцовой эмиссионной спектроскопии для исследования свойств пленок топологических изоляторов на основе халькогенидов висмута и сурьмы. 6. Показано, что применение нелинейного обобщенного закона Кирхгофа позволяет рассчитывать корреляционные свойства оптико-терагерцовых бифотонов, генерируемых при спонтанном параметрическом рассеянии света, с учетом наличия классических тепловых флуктуаций поля и частичного поглощения кристаллом излучения терагерцовых частот. Определены зависимости корреляционной функции второго порядка от температуры, коэффициентов поглощения, значений линейных и нелинейных дисперсионных параметров кристалла. 7. Исследованы адаптивные алгоритмы управления квантовыми состояниями света, реализованных на оптических чипах. Созданы программируемые оптические чипы и исследованы основные механизмы управления квантовыми состояниями света, распространяющимися в таких чипах. 8. Создан квантовый регистр из 9 атомов рубидия с индивидуальным доступом. Создан массив 25 микродипольных ловушек и система преобразования/управления оптического излучения, подводимого к этим ловушкам. | ||
19 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: В «широкоугловом» интерферометре SU(1,1), в котором излучение однопроходного параметрического усилителя (ПУ) без подсветки с помощью системы линз проецируется на второй такой же усилитель, методом «оптического гомодинного детектирования» измерено квадратурное сжатие (до 4.3 дБ) на выходе первого ПУ в зависимости от угла излучения. В системе из двух последовательно расположенных апериодически поляризованных кристаллов ниобата лития наблюдалась нелинейная интерференция, необходимая для реализации метода «оптического гомодинного детектирования». Из-за больших потерь на гранях кристаллов, а также нерегулярностей доменной структуры, не удалось измерить квадратурное сжатие на выходе первого кристалла. Однако по сдвигу интерференционных полос была измерена дисперсия групповой скорости в образце, помещенном между кристаллами. Данный метод может в дальнейшем достичь точности выше уровня дробового шума. Исследованы оптимальные условия детектирования терагерцового излучения и корреляции фотонов в потоках излучения оптических и терагерцовых частот, генерируемых при параметрическом рассеянии света в режиме сильного частотного рассогласования. Получены аналитические выражения для зависимости корреляционной функции оптико-терагерцовых бифотонов от частоты, температуры, числа регистрируемых мод, параметров накачки и нелинейного кристалла. Разработаны основы построения экспериментальной схемы установки для прямых измерений корреляционных свойств полей оптических и терагерцовых частот, генерируемых при параметрическом рассеянии света в неколлинеарной геометрии. Методами терагерцовой импульсной спектроскопии исследованы эпитаксиальные пленки топологических изоляторов на основе халькогенидов висмута и сурьмы, включая материалы четверных составов Bi2-xSbxTe3-ySey. Обнаружено значительное уменьшение проводимости топологических изоляторов данного типа на терагерцовых частотах при приближении их химического состава к кривой Рена, вблизи которой наиболее ярко проявляются свойства топологически-защищенных краевых электронных состояний. Впервые продемонстрированы фотопроводящие излучающие антенны на основе островковых пленок топологических изоляторов. Апробированы различные адаптивные и фиксированные алгоритмы управления квантовыми состояниями света, реализованными на пространственных и поляризационных модах в оптических чипах. Созданы программируемые оптические чипы 5х5 и исследованы основные механизмы управления квантовыми состояниями света, распространяющимися в таких чипах. Создан квантовый регистр из 36 атомов рубидия с индивидуальным доступом. Создан массив 100 микродипольных ловушек и система преобразования/управления оптического излучения, подводимого к этим ловушкам. Система создана на основе пространственных модуляторов света (SLM) и набора диодных лазеров, привязанных к рабочему переходу в рубидии. | ||
20 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1. Измерены неклассические статистические параметры коррелированных фотонов оптических и терагерцовых частот, генерируемых при параметрическом рассеянии света. 2. Разработаны методы и схемы для безэталонной калибровки квантовой эффективности аналоговых детекторов излучения. 3. Выявлены основные механизмы релаксации горячих носителей в топологических изоляторах на основе халькогенидов висмута и сурьмы. 4. Созданы и исследованы детектирующие терагерцовые антенны на основе пленок топологических изоляторов. Исследована генерация высших терагерцовых гармоник в топологических изоляторах. 5. Разработан демонстратор адаптивной интегрально-оптической схемы на основе литографической технологии. 6. Создание квантового регистра из 100 атомов рубидия с индивидуальным доступом. Создан массив 200 микродипольных ловушек и система преобразования/управления оптического излучения, подводимого к этим ловушкам. 7. Разработан источник 10-фотонных состояний на основе квантовых точек. | ||
21 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1. Развиты методы квантовой калибровки спектральной чувствительности и квантовой эффективности детекторов оптического и терагерцового излучения на основе эффекта спонтанного параметрического рассеяния света. 2. Определены собственные азимутальные моды и корреляции между сигнальным оптическим и терагерцовым холостым излучением, генерируемым при сильно невырожденном параметрическом рассеянии света. 3. Определены температурные зависимости проводимости топологических изоляторов на основе халькогенидов висмута и сурьмы в широком температурном диапазоне 4-300 К. 4. Исследованы параметры новых нелинейных и фотопроводящих материалов и определена эффективность их использования в схемах лазерно-индуцированного детектирования импульсного терагерцового излучения 5. Проведены испытания демонстратора адаптивной интегрально-оптической схемы на основе литографической технологии. 6. Создан квантовый регистр из 200 атомов рубидия с индивидуальным доступом. Создан массив 300 микродипольных ловушек и система преобразования/управления оптического излучения, подводимого к этим ловушкам. 7. Разработан пространственный мультиплексор 10-фотонных состояний на основе квантовых точек. | ||
22 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1). Разработан метод безэталонного определения квантовой эффективности детекторов оптического и терагерцового излучения аналогового типа, основанный на применении квантово-коррелированных полей. Метод экспериментально апробирован при калибровке а). квантовой эффективности однофотонных фотоприемников оптического диапазона на основе лавинных фотодиодов по показаниям, зарегистрированным в аналоговом режиме. б). квантовой эффективности катода аналогового фотоэлектронного умножителя с высокой дисперсией амплитуды однофотонного отклика. 2). Исследовано влияние пространственного спектра накачки на угловые зависимости сигнального оптического и холостого терагерцового рассеянного излучения, возникающего при сильно невырожденном параметрическом рассеянии света. Рассчитаны измеряемые величины дисперсии разности чисел оптических и терагерцовых фотонов (фактора подавления шума, NRF) при помощи матрицы рассеяния в базисе собственных азимутальных мод при произвольных коэффициентах параметрического усиления в зависимости от угловых апертур детекторов. 3). Исследованы пленки топологических изоляторов четверных составов Bi2-xSbxTe3-ySey (BSTS) с композиционным составом вблизи кривой Рена. Проведена характеризация топологических изоляторов с параметрами, оптимальными для построения терагерцовых источников и преобразователей. 4). Исследована генерация терагерцового излучения в фотопроводящих антеннах на основе однородных пленок BSTS. Проведено наблюдение генерации высших терагерцовых гармоник в однородных пленках топологических изоляторов. Проведен сравнительный анализ данных антенн с полупроводниковой генерирующей антенной в условиях разных частот оптической накачки. 5). Проведены расчёты планарных микростуктур для возбуждения поверхностных плазмонов инфракрасного и терагерцового диапазонов на поверхности топологических изоляторов. 6). Проведены испытания демонстратора адаптивной интегрально-оптической схемы на основе фемтосекундной лазерной печати с эффективным увеличением размерности гильбертова пространства за счет «закольцовывания». 7). Продемонстрировано выполнение двухкубитных операций над атомными кубитами, локализованными в двумерном массиве 6Х6. 8). Разработана система облачного доступа к квантовым симуляторам на основе нейтральных атомов в микродипольных ловушках и фотонных чипов. | ||
23 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: 1. Определены условия детектирования высокого уровня квантовых корреляций между оптическими и терагерцовыми фотонами при генерации оптико-терагерцовых бифотонных полей. 2. Проведено теоретическое исследование матрицы рассеяния, определяющей связь между входными модами терагерцового излучения и холостыми терагерцовыми и сигнальными оптическими модами выходного рассеянного излучения при параметрическом преобразовании. Проведен анализ схемы, в которой сильно-невырожденное параметрическое рассеяние в нелинейном кристалле, помещенном в криостат, подсвечивается тепловым излучением с комнатной температурой. Рассчитана зависимость яркости параметрического рассеяния в единицах чисел фотонов в различных модах рассеянного холостого и сигнального излучения. 3. Продемонстрированы способы получения и численного моделирования гистограмм статистических распределений показаний сверхпроводникового терагерцового болометра. Предложен метод математического моделирования статистических распределений токовых показаний, основанный на представлении функции распределения фототока в виде свертки пуассоновского распределения числа фотоотсчетов с гауссовскими функциями распределений однофотонного отклика и шумового тока детектора. 4. Определены экспериментальные условия повышения эффективности генерации терагерцового излучения в плазмонных фотопроводящих антеннах, выполненных на базе топологических изоляторов - пленок халькогенидов висмута и сурьмы. 5. Исследована возможность увеличения эффективности преобразования в третью терагерцовую гармонику в пленках топологических изоляторов за счет создания плазмонных решеток на поверхности пленок халькогенидов висмута и сурьмы. 6. Разработана аппаратура генерации квантовых ключей через атмосферный канал на основе поляризационного кодирования (модифицированный протокол ВВ84). Разработан аппаратный и программный интерфейс, позволяющий задействовать ключи шифрования, полученные по атмосферному каналу в оптоволоконных шифраторах. 7. Обоснован метод поляризационного кодирования и произведен анализ секретности протокола, используемого в системе космической квантовой связи между малыми спутниками и наземными стационарными терминалами. 8. Задействовано и протестировано оригинальное программное обеспечение, позволяющее выполнять удаленный доступ как к симуляторам квантовых вычислительных устройств на основе нейтральных атомов в микродипольных ловушках и фотонных чипах, так и к самим вычислителям. | ||
24 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: | ||
25 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Спектроскопия квантовых и статистических свойств систем с обратной связью и процессов с самовоздействием светового поля |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".